ES2266974T3 - Diferencial controlado. - Google Patents

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ES2266974T3 ES04027349T ES04027349T ES2266974T3 ES 2266974 T3 ES2266974 T3 ES 2266974T3 ES 04027349 T ES04027349 T ES 04027349T ES 04027349 T ES04027349 T ES 04027349T ES 2266974 T3 ES2266974 T3 ES 2266974T3
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Abstract

Una configuración de propulsión para un vehículo al que se dirige haciéndole patinar, que comprende: una pareja de motores de propulsión (32, 33; 52, 53; 64, 65; 74a, 74b); una pareja de miembros de accionamiento (68, 69; 78a, 78b), para aplicarse a una pareja de orugas o ruedas de un vehículo de este tipo; un dispositivo diferencial controlado (61; 72) que comprende una pareja de trenes de engranajes epicicloidales, comprendiendo cada uno de ellos una rueda dentada planetaria (24, 25; 44, 45) ruedas dentadas satélites soportadas por un portasatélites (34, 45; 54, 55) y una corona (28, 29; 48, 49), estando interconectados los citados portasatélites por un árbol (23; 43) que pasa a través de las citadas ruedas planetarias, de manera que los portasatélites giran en común; y un motor de dirección (21; 41; 60; 71) acoplado para impartir una rotación relativa entre las citadas ruedas planetarias en sentidos opuestos; que se caracteriza porque cada uno de los citados motores de propulsión (32, 33; 52, 53; 64, 65; 74a, 74b) está acoplado a un citado miembro de accionamiento respectivo (68, 69; 78a, 78b) y a una de las citadas coronas respectivas (28, 29; 48, 49).

Description

Diferencial controlado.
La presente invención se refiere a una nueva configuración de accionamiento para vehículos que se dirigen patinando, incluyendo vehículos oruga o con ruedas, por ejemplo, un carro de combate blindado militar, pero sin limitarse a ellos. Otros aspectos de la configuración de accionamiento descrita en la presente memoria descriptiva se reivindican en la solicitud de patente europea número 02718344.1.
Un vehículo oruga dirigido patinando se dirige haciendo que las dos orugas se desplacen a diferentes velocidades (es dirigido haciéndolo patinar). De la misma manera, a un vehículo con ruedas dirigido patinando se dirige haciendo que las ruedas en un lado del vehículo rueden a velocidades diferentes que las ruedas del otro lado del vehículo. En los vehículos oruga, se requieren elevadas diferencias de las fuerzas de propulsión entre las dos orugas de rodadura – fuerzas de frenado grandes en la oruga interior y fuerzas de propulsión elevadas en la oruga exterior. El resultado de esto es la aplicación de potencias mecánicas muy altas a las ruedas de cadena de las orugas individuales, en particular cuando el vehículo se está desplazando a velocidades entre medias y altas. Estas elevadas potencias se mantienen en un vehículo oruga moderno accionado convencionalmente, gracias al uso de regeneración de potencia mecánica. Se utilizan engranajes diferenciales y árboles transversales para controlar las velocidades relativas de las orugas y transmitir la potencia de frenado desde la oruga interior a la oruga exterior para mantener el giro. Consideraciones similares se aplican a los vehículos con ruedas que se dirigen haciéndolo patinar.
Varias disposiciones de accionamiento eléctrico de las orugas utilizan un motor eléctrico separado para propulsar cada oruga. Esta disposición se conoce comúnmente como un sistema de dos líneas. La potencia regenerativa de dirección en un sistema de este tipo debe ser gestionada eléctricamente, lo que origina la necesidad de usar motores sobredimensionados y convertidores de potencia. (Por ejemplo, la potencia mecánica medida en la rueda de cadena que acciona la oruga exterior de un carro de combate principal, en un giro con una velocidad entre media y elevada, puede ser de, aproximadamente, 2500 kW cuando la potencia del motor es, sólo, de aproximadamente 1000 kW). Un enfoque alternativo utiliza la misma disposición regenerativa mecánica que una transmisión convencional combinada con un accionamiento eléctrico. Esta disposición se denomina a veces sistema de accionamiento eléctrico de árbol transversal y se ilustra en la figura 1. La patente norteamericana 4.998.591 muestra un sistema de accionamiento eléctrico de esta disposición.
En esta disposición, el árbol transversal de dirección corre a través del vehículo, fuera del motor de propulsión. Esto incrementa el tamaño del conjunto y requiere el uso de varias ruedas dentadas locas. Si se va a utilizar un cambio de engranajes, el árbol transversal de propulsión debe estar separado del árbol motor. Esto se puede conseguir haciendo que el árbol motor sea hueco y haciendo pasar el árbol transversal a su través. Sin embargo, esto incrementa el diámetro de los cojinetes del motor haciendo que sea difícil de conseguir una elevada velocidad del motor, deseable para una buena densidad de potencia, El árbol transversal de propulsión podría montarse fuera del motor, o el motor montarse fuera del árbol transversal de propulsión, incrementando el tamaño del conjunto y añadiendo la necesidad de ruedas dentadas locas, lo que incrementa la complejidad y reduce la eficiencia.
La patente norteamericana 4.998.591 también muestra una configuración de accionamiento que utiliza un único diferencial montado centralmente y accionado por un único motor de propulsión. El diferencial es idéntico a un diferencial único de un automóvil con ruedas usual o en el eje de un camión. El par motor del motor de accionamiento se divide por igual entre los dos semi-ejes que pueden girar a distintas velocidades, uno con relación al otro. En cada semi-eje se monta un motor de dirección. Para guiar el vehículo, el motor de dirección interior debe actuar como un freno y el motor de dirección exterior debe aplicar un par motor adicional para generar la gran diferencia de fuerzas de accionamiento requerida para las orugas. Cuando los dos motores de dirección están funcionando a la velocidad de los semi-ejes y están gestionando un par motor elevado cuando el vehículo está girando, están trabajando a gran potencia, uno en regeneración y el otro en accionamiento. Por lo tanto, el sistema no es un sistema mecánicamente regenerativo y tiene las mismas desventajas que un sistema de dos líneas, puesto que se precisan motores sobredimensionados.
La patente norteamericana 5.168.946 describe una configuración de accionamiento similar a la de una caja de cambios usual de un carro de combate, pero no usa un árbol transversal de dirección. La disposición expuesta usa tres motores y un freno. Para el funcionamiento a baja velocidad, se aplica el freno y se desactiva un motor central. Entonces, el vehículo funciona como un sistema de dos líneas a bajas velocidades. A velocidades más altas, se libera el freno y el motor central funciona incrementando el margen de velocidades e introduciendo una dirección mecánica regenerativa por medio del árbol motor central. Con el fin de que este sistema funcione como se ha descrito en ese documento, los dos motores exteriores necesitarían un par motor alto y gamas de potencia que proporcionarán poca ventaja respecto a un sistema
puro de dos líneas como se ha descrito previamente.
La patente norteamericana 2.730.182 describe un dispositivo diferencial controlado. La patente francesa FR 2.382.362 describe el funcionamiento de un diferencial controlado pero no parece que muestre una realización práctica de un dispositivo de este tipo.
Un diferencial controlado tiene las características de que acopla a dos semi-ejes y controla sus velocidades relativas. Cuando el motor de dirección está estacionario, los dos semi-ejes están simplemente acoplados por el diferencial controlado de manera que tienen que funcionar a la misma velocidad. Cuando el motor de dirección es hecho girar en un sentido, se fuerza a que un semi-eje gire más rápido que el otro. Cuando el motor de dirección es hecho girar en el otro sentido, se fuerza a que el otro semi-eje gire más rápido que el primero. Por lo tanto, el funcionamiento del motor de dirección a cualquier velocidad a la que se esté desplazando el vehículo hará que el vehículo gire, siendo regeneradas las potencias de dirección en el vehículo por el par motor producido en los árboles transversales, los cuales soportan la alta diferencia de la fuerza de accionamiento entre orugas, entre las orugas interior y exterior.
El documento US 2.730.182 describe una disposición que utiliza dos ruedas dentadas largas que engranan en la mitad una con otra y montadas en un portador común, engranándose cada una de ellas con una rueda dentada anular. Cada rueda dentada anular está conectada a una rueda dentada cónica que se conecta a los dos semi-ejes. El motor de dirección actúa por medio de un tornillo sin fin y una rueda en el portador para las dos ruedas dentadas largas. Debido al uso de engranajes cónicos y a la configuración de las dos ruedas dentadas largas engranadas, una disposición de este tipo tiene que ser grande y pesada para un dispositivo de alta potencia.
El documento US 5.509.491 describe un sistema de accionamiento eléctrico con motor dual para vehículos oruga que utiliza un motor de propulsión principal para proporcionar los requisitos de velocidad máxima y un motor de propulsión secundario para proporcionar los requisitos de par motor alto en la operación del vehículo a baja velocidad. Los motores de propulsión primario y secundario se encuentran interconectados con una relación de accionamiento predeterminada, de manera que el motor secundario proporciona par motor hasta que alcanza una velocidad máxima predeterminada, con lo cual se desconecta del motor principal o primario.
El documento US 5.571.058 describe una accionamiento eléctrica híbrida paralela para un vehículo, en la que la potencia de un motor y/o de un dispositivo de acumulación eléctrica se distribuye a un árbol de salida intermedio, común, y una unidad de dirección se conecta a una pareja de conjuntos de ruedas dentadas planetarias de salida en extremos opuestos del citado árbol.
Las disposiciones que se han descrito más arriba adolecen de varias desventajas; incluyendo en algunos casos la necesidad de motores sobredimensionados para conseguir la dirección, complejas disposiciones mecánicas que requieren múltiples árboles transversales y ruedas dentadas locas y/o configuraciones de motor complejas que incorporan árboles tubulares.
La presente invención proporciona una configuración de accionamiento que busca aliviar, al menos, algunos de los problemas descritos para la técnica anterior.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona una configuración de accionamiento para un vehículo dirigido haciéndolo patinar, como se define en la reivindicación 1.
En una disposición, las ruedas planetarias están acopladas al motor de dirección por medio de trenes de ruedas dentadas rectas respectivos que se acoplan a un árbol común, comprendiendo uno de tales trenes una rueda dentada para invertir el sentido de rotación de la rueda dentada planetaria respectiva en relación con la otra rueda dentada planetaria. En otra, las ruedas dentadas planetarias son hechas girar por ruedas dentadas cónicas respectivas acopladas a una rueda dentada cónica común.
Preferiblemente, también se utiliza un sistema de accionamiento en cada lado del vehículo, entre el extremo exterior de cada árbol motor y el miembro de accionamiento respectivo, que consiste en todas o cualesquiera combinaciones de reducciones engranajes y cambio o cambios de frenos y engranajes.
Deseablemente, la configuración de accionamiento puede incluir una conexión articulada para enlazar los cambios de engranaje y para el frenado del sistema de accionamiento a cualquier lado del vehículo. Sin duda a los expertos en la técnica se les ocurrirán varias formas adecuadas de conexión articulada. Estas conexiones articuladas pueden ser mecánicas, eléctricas (por ejemplo, cuando se usa un actuador eléctrico para efectuar los cambios de engranaje) o hidráulicas (por ejemplo, cuando se usa un actuador hidráulico para efectuar los cambios de engranaje) o de cualquier otra forma adecuada. La disposición de una conexión articulada adecuada permite, simultáneamente el cambio de engranaje y/o el frenado en los dos lados del sistema de accionamiento y por lo tanto proporciona un mejor control en la dirección del vehículo.
El dispositivo diferencial controlado comprende dos trenes de engranajes epicicloidales. Los portasatélites de los dos trenes de engranajes epicicloidales están conectados en común por un árbol que discurre a través de las dos ruedas dentadas planetarias. El motor de dirección puede actuar sobre las dos ruedas planetarias, ya sea por medio de un corto árbol transversal, dos conjuntos de ruedas dentadas rectas y una rueda dentada loca de inversión, o mediante la utilización de engranajes cónicos. Cada uno de los dos árboles de salida del dispositivo diferencial controlado, en este caso conectado a los árboles de los motores de propulsión, está acoplado a las coronas de los trenes de engranajes epicicloidales. Esta disposición minimiza las cargas sobre las conexiones entre el motor de dirección y el tren de ruedas dentadas epicicloidales.
En una realización, la configuración de accionamiento comprende dos motor de propulsión separados, engranajes reductores, frenos y unidades de cambio de engranaje, accionando cada uno nominalmente una oruga o rueda como en un sistema de dos líneas. Una unidad de dirección de diferencial controlado está montada entre los dos motores de propulsión. Un motor de dirección que actúa sobre el diferencial controlado controla entonces la velocidad relativa de los dos motores de propulsión y, de esa manera, las velocidades relativas de las dos orugas o ruedas, para imponer la función de dirección. Los motores actúan como árbol transversal de propulsión y transmiten la potencia regenerativa de dirección.
La disposición simplifica en gran manera la construcción de los motores en comparación con un sistema que usa un árbol motor tubular. El engranaje, freno y accionamiento final se montan todos axialmente de forma sencilla sin la necesidad de montar dentro un árbol transversal. La accionamiento completa, incluyendo engranajes reductores, cambios de engranajes y frenos se puede montar en un cilindro del diámetro de los motores de propulsión que discurre a lo ancho del casco, por separado del motor de dirección, relativamente pequeño, reduciendo en gran medida el volumen utilizado por el sistema de propulsión del vehículo.
Los motores de propulsión y de dirección son preferiblemente eléctricos, pero uno o ambos pueden comprender, opcionalmente, un tipo diferente de motor, por ejemplo, un motor hidráulico.
Una característica de esta disposición de propulsión es el uso de unidades de dirección engranaje diferencial controlado que efectúan la accionamiento de las potencias regenerativas de dirección directamente por medio de los árboles motores, elimina la necesidad de un árbol transversal de dirección separado y simplifica en gran medida la disposición en conjunto y el diseño de los otros componentes.
A continuación se describirán algunas realizaciones de la invención, con fines ilustrativos, con referencia a las figuras que siguen, en las cuales:
la figura 1 muestra una configuración de accionamiento o propulsión de la técnica anterior;
la figura 2 muestra una primera realización de un dispositivo diferencial controlado para una configuración de accionamiento de acuerdo con la invención;
la figura 3 muestra una segunda realización de un dispositivo diferencial controlado para una configuración de accionamiento de acuerdo con la invención;
la figura 4 muestra una realización simplificada de una configuración de propulsión para un vehículo oruga de acuerdo con la invención;
la figura 5 muestra una realización adicional de una configuración de propulsión para un vehículo oruga de acuerdo con la invención; y
las figuras 6 y 7 son vistas esquemáticas de configuraciones de propulsión para vehículos con ruedas de acuerdo con la invención.
Como se puede ver en la figura 1, la configuración de accionamiento de la técnica anterior comprende un motor de propulsión (1) montado en un árbol transversal (2) que está acoplado a las coronas de dos diferenciales de dirección epicicloidales (3a, 3b). Los portasatélites de los dos diferenciales de dirección epicicloidales están conectados a los árboles (4a y 4b) de salida y a las ruedas de cadena (5a y 5b) para accionamiento de las orugas. El motor de dirección (6) está montado en un árbol transversal de dirección (7). El árbol transversal de dirección está acoplado a las ruedas planetarias de los diferenciales de dirección epicicloidales por medio de varias de ruedas dentadas rectas (8a, 8b, 8c, 8d, y 8e). Se usa una rueda dentada recta adicional (8d) en un lado para invertir la rotación de las ruedas planetaria. Esta disposición es idéntica a la que se usa en la accionamiento mecánica convencional de accionamiento de un carro de combate, montándose el motor de propulsión en lugar del conjunto de cambio de engranaje y el motor de dirección hidráulico se ha sustituido por un motor eléctrico. Esta es la base de la propulsión eléctrica que se muestra en la patente norteamericana 4.998.591.
Como se puede ver en la figura 2, una disposición preferida de un diferencial controlado comprende un motor de dirección (21) montado en un árbol transversal (22). Una pareja de trenes de engranajes epicicloidales están dispuestos de manera que los dos portasatélites (34 y 35) están conectados por un árbol (23) que pasa a través del centro de las dos ruedas planetarias (24 y 25). Las ruedas planetarias (24 y 25) están a su vez acopladas con ruedas dentadas rectas (26a, 26b, 26c, 27a, 27b) al árbol de dirección. Se utiliza una rueda dentada loca (26b) en un lado para invertir el sentido de rotación de las ruedas planetarias. Dos coronas (28, 29) de los trenes de engranaje epicicloidal están acopladas a los árboles de salida (30, 31) del diferencial controlado y se muestran conectados a dos motores de propulsión (32, 33).
Como se puede ver en la figura 3, una segunda disposición de diferencial controlado comprende un motor de dirección (41) que incluye un árbol de salida (42). Una pareja de trenes de engranaje epicicloidal se encuentran dispuestos de manera que los dos portasatélites estén conectados por un árbol (43) que pasa por el centro de las dos ruedas planetarias (44 y 45). Las ruedas planetarias (44, 45) se encuentran a su vez acopladas con ruedas dentadas cónicas (46a, 46b, 46c) al árbol de salida del motor de dirección. Las dos coronas (48, 49) de los trenes de engranaje epicicloidal están acopladas a los árboles de salida (50, 51) del diferencial controlado y se muestran conectadas a dos motores de propulsión (52, 53).
La figura 4 ilustra, en vista general, una configuración de propulsión para un vehículo oruga de acuerdo con la invención. La disposición comprende un motor de dirección (60) en comunicación de propulsión con un diferencial controlado (61). El diferencial controlado (61) acopla los dos árboles motores (62, 63) de los dos motores de propulsión (64 y 65). Los rotores (67, 66) de los dos motores están montados en los árboles motores (62, 63). En los extremos exteriores de cada árbol motor está montada una rueda de cadena (68, 69) para accionar la oruga.
La figura 5 ilustra una realización adicional de la invención para un vehículo oruga. Un motor de dirección (71) está acoplado a un diferencial controlado (72). La salida del diferencial controlado está conectada a los dos motores de propulsión (74a, 74b) por medio de árboles motores (73a, 73b). Entre los extremos exteriores de los árboles motores (73a, 73b) y las ruedas de cadena (78a, 78b) para accionar las orugas hay montados varios componentes de accionamiento, incluyendo unidades de reducción por ruedas dentadas y de cambio de engranaje (75a, 75b), frenos (76a, 76b) y reducciones (77a, 77b) de engranajes de accionamiento finales.
La realización que se ilustra en la figura 6 es para un vehículo con ruedas que es dirigido haciéndolo patinar. Esta realización comprende tres parejas de ruedas (80a), (80b) y (80c) separadas a lo largo del casco del vehículo. Un motor de dirección (84) está acoplado a un diferencial controlado (86) como se ha descrito previamente y la salida del diferencial controlado (86) está conectado a dos motores de propulsión (88a), (88b) por árboles (90a), (90b). Entre los extremos exteriores de los árboles (90a), (90b) y los árboles de accionamiento (92a), (92b) de cada rueda de la pareja (80a) está montada una unidad de transmisión (94a), (94b), Las unidades de transmisión conectan cada una de las ruedas en un lado del casco.
La realización que se ilustra en la figura 7 es similar a la que se muestra en la figura 6, excepto en que están previstos tres motores de dirección (96a), (96b), (96c) y diferenciales controlados (98a), (98b) y (98c), estando conectado cada diferencial a motores de propulsión (100a), (100b), (100c), (100e) y (100f) conectados a parejas de árboles (102a), (102b), (102c), a los cuales se conectan las parejas de ruedas (104a), (104b), (104c).
Las realizaciones de la invención descritas anteriormente comparten la característica común de un diferencial controlado configurado para producir un accionamiento de las potencias de dirección regenerativas por medio de los árboles motores de propulsión, con lo cual se elimina la necesidad de árboles transversales adicionales, simplificándose en gran medida el agrupamiento y el diseño de los otros componentes del sistema. Estas disposiciones ocupan menos espacio que las configuraciones de la técnica anterior y se espera que sean mecánicamente más eficientes. A los expertos en la técnica sin duda se les ocurrirán otras realizaciones sin separarse del verdadero alcance de la invención, como se reivindica en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

1. Una configuración de propulsión para un vehículo al que se dirige haciéndole patinar, que comprende: una pareja de motores de propulsión (32, 33; 52, 53; 64, 65; 74a, 74b); una pareja de miembros de accionamiento (68, 69; 78a, 78b), para aplicarse a una pareja de orugas o ruedas de un vehículo de este tipo; un dispositivo diferencial controlado (61; 72) que comprende una pareja de trenes de engranajes epicicloidales, comprendiendo cada uno de ellos una rueda dentada planetaria (24, 25; 44, 45) ruedas dentadas satélites soportadas por un portasatélites (34, 45; 54, 55) y una corona (28, 29; 48, 49), estando interconectados los citados portasatélites por un árbol (23; 43) que pasa a través de las citadas ruedas planetarias, de manera que los portasatélites giran en común; y un motor de dirección (21; 41; 60; 71) acoplado para impartir una rotación relativa entre las citadas ruedas planetarias en sentidos opuestos; que se caracteriza porque cada uno de los citados motores de propulsión (32, 33; 52, 53; 64, 65; 74a, 74b) está acoplado a un citado miembro de accionamiento respectivo (68, 69; 78a, 78b) y a una de las citadas coronas respectivas (28, 29; 48, 49).
2. Una configuración de propulsión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que las citadas ruedas planetarias están acopladas al citado motor de dirección por medio de trenes (26a, 26b, 26c, 27a, 27b) de ruedas dentadas rectas respectivos acoplados a un árbol (22) común, comprendiendo uno de tales trenes una rueda dentada (26b) para invertir el sentido de rotación de la rueda planetaria respectiva (24) en engranaje con la otra rueda planetaria (25).
3. Una configuración de propulsión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que las citadas ruedas planetarias están acopladas al citado motor de dirección por medio de ruedas dentadas cónicas respectivas (46a, 46c) acopladas a una rueda dentada cónica común (46b).
4. Una configuración de propulsión como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, cuya configuración está provista adicionalmente de un sistema de accionamiento que comprende una pareja de frenos (76a, 76b), una pareja de unidades de reducción/cambio de engranaje (75a, 75b) y/o una pareja de unidades de accionamiento final (77a, 77b), estando montada cada una de ellas simétricamente respecto al diferencial controlado (72).
5. Una configuración de propulsión como se ha reivindicado en la reivindicación 4, en la que los componentes emparejados de la accionamiento están enlazados mediante un mecanismo articulado de conexión configurado para proporcionar, de manera substancialmente simultánea, cambios de engranaje (75a, 75b) y/o frenado (76a, 76b) en los dos lados del vehículo.
6. Una configuración de propulsión como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la configuración de propulsión está alojada en un cilindro de un diámetro aproximadamente igual al de los motores de propulsión (74a, 74b), estando situado el motor de dirección (71) adyacente al cilindro y fuera del mismo.
7. Una configuración de propulsión como se ha reivindicado en la reivindicación 6, en la que el cilindro se extiende a través de la anchura del casco del vehículo.
8. Una configuración de propulsión como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que uno o más de los motores de propulsión (32, 33; 52, 53; 64, 65; 74a, 74b) y/o el motor de dirección (21; 41; 60; 71) son accionados eléctricamente.
9. Una configuración de propulsión como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que uno o más de los motores de propulsión (32, 33; 52, 53; 64, 65; 74a, 74b) y/o el motor de dirección (21; 41; 60; 71) son accionados hidráulicamente.
10. Un vehículo al que se dirige haciéndole patinar que incorpora una configuración de propulsión o accionamiento como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19.
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