ES2285545T3 - Mecanismo de cambio de velocidades. - Google Patents
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Abstract
1 Un mecanismo de cambio de velocidades que comprende: un miembro giratorio de entrada (2) y un miembro giratorio de salida (9); un conjunto de engranajes planetario que comprende un engranaje central (10) un conjunto de engranajes satélites (12) que engranan con el engranaje central y se soportan por un portador de satélites común (15) y un anulo o corona dentada (17) que engrana con los engranajes satélites; y un miembro (19) selector de velocidades dispuesto para girar con uno de dichos miembros de entrada y de salida y soportado para realizar un movimiento axial respecto al conjunto de engranajes satélites; estando dispuesto para girar un primero de dicho engranaje central, un portador de satélites y un anulo con el otro de dicho miembro de entrada y miembro de salida, y uno segundo de dicho engranaje central, un portador de satélites y un anulo que se sujeta sin girar; comprendiendo el miembro selector de marchas conjuntos de garras (22, 24) primero y segundo, radialmente espaciados uno respecto al otro; estando dispuestos dicho primero y el tercero de dicho engranaje central, portador de satélites y anulo para girar respectivamente con los conjuntos de garras tercero y cuarto (34, 29) que se adaptan para encajar con dicho primero y segundo conjuntos de garras respectivamente cuando el miembro selector de marchas se desplaza a una posición axial respectiva; caracterizado porque las caras de contacto de par de transmisión de las garras tienen en cada uno de dichos conjuntos una mayor dimensión radial que axial y las anchuras circunferenciales de las garras en cada uno de dichos conjuntos es menor que el espaciado circunferencial de las garras en los respectivos conjuntos en los que se adaptan para acoplarse.
Description
Mecanismo de cambio de velocidades.
La presente invención se refiere a mecanismos de
cambio de velocidad o marcha y más particularmente a tales
mecanismos que emplean embragues de garras. Los mecanismos según la
invención se pueden encontrar útiles en una variedad de
aplicaciones para vehículos o en otra maquinaria en la que se
requiere una caja de velocidades compacta, siendo una aplicación
particular para un carro de combate, un buldózer u otro vehículo
equipado con una configuración de accionamiento como se describe en
el documento WO-02/083483.
Las cajas de velocidades de engranaje constante
normalmente emplean embragues de garras en la selección de las
diferentes relaciones de velocidad. En una disposición típica un
buje selector de velocidades está estriado en un eje de salida con
libertad para deslizar axialmente a lo largo del eje pero de modo
que el eje debe girar siempre con el buje selector. Los engranajes
accionados por el motor u otro accionamiento principal a diferentes
relaciones se sitúan coaxialmente a cada lado del buje selector. Las
caras enfrentadas del buje selector y de los engranajes se forman
con salientes y/o muescas (garras) de modo que cuando el buje,
mediante un mecanismo de accionamiento asociado, se desliza en
cada sentido desde una posición central de punto muerto hacia una
de las velocidades, las respectivas garras en el buje y engranaje se
acoplarán para transmitir par al buje y al eje de salida desde la
velocidad seleccionada a su respectiva relación. Este es un
mecanismo simple, robusto y eficaz pero necesariamente ocupa un
espacio importante en la dirección axial debido al espaciado de las
marchas, la existencia de las garras en los extremos opuestos del
buje selector y al espacio requerido por el buje selector para
engranar entre las velocidades.
El documento
GB-A-2.103.735 describe un mecanismo
de cambio de velocidades con todas las características del
preámbulo de la reivindicación independiente 1.
La presente invención trata de proporcionar un
mecanismo de cambio de velocidades que actúa bajo el principio de
embrague de garras pero que puede ser más compacto que tales
mecanismos habituales al menos en la dirección axial.
De acuerdo con esto, en un aspecto la invención
reside en un mecanismo de cambio de velocidades que comprende: un
miembro de entrada giratorio y un miembro de salida giratorio; un
conjunto de engranajes planetario que comprende un engranaje
central, un conjunto de engranajes satélites que engranan con el
engranaje central y soportado por un portador común de satélites, y
un ánulo o corona dentada que engrana con los engranajes satélites;
y un miembro selector de velocidades dispuesto para girar con uno de
dichos miembros de entrada y de salida y soportado para movimiento
axial respecto al conjunto de engranajes planetario; un primero de
dicho engranaje central, portador de satélites y anulo que está
dispuesto para girar con el otro de dicho miembro de entrada y
miembro de salida, y un segundo de dicho engranaje central, portador
de satélites y ánulo que está sujeto sin giro; comprendiendo el
miembro selector de velocidades conjuntos de garras primero y
segundo conjuntos de garras espaciados radialmente uno con respecto
al otro; estando dispuestos dicho primero y el tercero de dicho
engranaje central, portador de satélites y ánulo para girar
respectivamente con los conjuntos de garras tercero y cuarto que se
adaptan para acoplarse respectivamente con dicho primero o dicho
segundo conjunto de garras cuando el miembro selector de
velocidades se desplaza a una posición axial respectiva; teniendo
las caras de contacto de transmisión de par de las garras en cada
uno de dichos conjuntos una dimensión radial mayor que la axial, y
siendo las anchuras circunferenciales de las garras en cada uno de
dichos conjuntos menores que el espaciado circunferencial de las
garras en los respectivos conjuntos con los que se adaptan para
acoplarse.
En un mecanismo según la invención se puede
lograr una unidad compacta axialmente en virtud de la provisión de
un conjunto de engranajes planetario para proporcionar una relación
de cambio de velocidad (y/o de sentido de marcha) y el consecuente
espaciado radial de los conjuntos de garras correspondientes. El
requerimiento de espacio axial del mecanismo se minimiza además por
la forma anteriormente definida de las caras de contacto de
transmisión de par de las garras sin detrimento de la capacidad de
transmisión de par de las garras, y el espaciado de las garras
anteriormente definido facilita su acoplamiento sin requerir
velocidades precisas de sincronización entre los respectivos
componentes, todo como se describirá a continuación más
particularmente.
En otro aspecto, la invención reside en una
configuración de accionamiento para un vehículo con dirección por
deslizamiento que comprende un miembro de accionamiento respectivo
en cada lado del vehículo; al menos un motor de propulsión acoplado
para hacer girar dichos miembros de accionamiento y acoplados a un
motor de dirección a través de un dispositivo diferencial
controlado; y como se definió anteriormente un mecanismo de cambio
de velocidad respectivo en la transmisión entre dicho(s)
motor(es) de propulsión y cada uno de dichos miembros de
accionamiento.
Estos y otros aspectos y características de la
invención, se describirán más particularmente, a modo de ejemplo,
en relación a los dibujos que se acompañan en los que:
la Figura 1 es una ilustración en diagrama de
una configuración de accionamiento para un vehículo de dirección
deslizante para el que se puede aplicar la invención;
la Figura 2 es un corte transversal axial a
través de una realización preferida de un mecanismo de cambio de
velocidades según la invención, en estado de punto muerto;
la Figura 3 es una vista de tres cuartas partes
o parcial, desde un lateral, de los anillos de garras y del buje
selector de velocidades comprendidos en el mecanismo de la Figura
2;
la Figura 4 es una vista de tres cuartas partes
de los componentes de la Figura 3 desde el lado opuesto;
la Figura 5 es un corte transversal axial a lo
largo del mecanismo de la Figura 2 en situación de velocidad baja;
y
la Figura 6 es un corte transversal axial a lo
largo del mecanismo de la Figura 2 en situación de velocidad
alta.
La Figura 1 ilustra una forma de configuración
de accionamiento en forma de diagrama con la que mecanismos de
cambio de velocidad de acuerdo con la presente invención pueden
resultar particularmente útil, que es una disposición de
accionamiento de orugas para un vehículo de dirección por
deslizamiento según el documento WO-02/083483. No
obstante, se debe entender que generalmente los mecanismos presentes
son más aplicables a funciones de cambio de velocidad en vehículos
u otra maquinaria, particularmente cuando se requiere un mecanismo
axialmente compacto.
En la Figura 1 una disposición de accionamiento
transversal comprende dos motores eléctricos de propulsión 1a y 1b
que hacen girar los ejes de accionamiento 2a y 2b. Hacia el exterior
de los motores la transmisión incluye en cada caso una unidad de
cambio de velocidades 3a, 3b, frenos 4a, 4b y reductora de
transmisión de accionamiento final 5a, 5b, todas ellas encerradas
dentro del carenado del vehículo, conduciendo a las respectivas
ruedas dentadas 6a y 6b de accionamiento de las orugas en lados
opuestos del vehículo. En el interior, los ejes de los motores 2a y
2b se acoplan a un diferencial controlado 7 accionado por un motor
eléctrico 8 de guiado, todo como se describe en el documento
WO-02/083483.
La Figura 2 ilustra una realización de un
mecanismo según la invención para cambiar la relación de velocidad
en la transmisión de rotación desde un eje de entrada 2 a un eje de
salida 9. Por consiguiente, en el contexto de la Figura 1 se
utilizaría un mecanismo de esta clase en las unidades 3a y 3b en
lados opuestos del vehículo (configurados en imagen especular)
entre los respectivos ejes de accionamiento 2a, 2b y los respectivos
ejes de salida 9a, 9b.
En la Figura 2 hay un eje de entrada hueco 2,
que rodea al eje de salida 9 sobre parte de su longitud. El extremo
del eje 2 se forma como un engranaje central 10 de un conjunto de
engranajes planetario que engrana como en 11 con una pluralidad de
engranajes satélites 12 (cuatro en esta realización). Los engranajes
satélites 12 se soportan mediante cojinetes de rodillo de agujas 13
para girar alrededor de los respectivos ejes 14 sujetos en un
portador común de satélites 15. Los engranajes satélites 12 se
engranan también como en 16 con un ánulo o corona dentada 17 que se
sujeta sin girar mediante estrías a una carcasa fija (no mostrada).
Como se apreciará, el giro del eje de entrada 2 y del engranaje
central 10 hace girar los engranajes satélites 12 alrededor del
engranaje central (en virtud del ánulo fijo 17) haciendo girar así
en el mismo sentido al portador de satélites 15, pero más despacio
que, el eje de entrada y el engranaje central; en esta realización
la relación de reducción de velocidad es típicamente de 4:1.
La Figura 2 ilustra el mecanismo en una posición
de punto muerto en la que el conjunto de engranajes planetario
simplemente gira en vació a medida que se hace girar el eje 2. Sin
embargo, con objeto de transmitir giro al eje de salida 9 a una de
las dos relaciones de velocidad seleccionada, en el eje de salida se
monta mediante estrías 20 un buje selector de velocidades 19 de
modo que el buje y el eje puedan girar juntos pero el buje tiene
capacidad de deslizar axialmente sobre el eje en cualquier sentido o
dirección desde la posición ilustrada en la Figura 2. También con
relación a las Figuras 3 y 4 el buje selector 19 tiene una porción
21 de pestaña anular en forma de disco que se forma en sus lados
opuestos con dos conjuntos de garras; en el lado de la izquierda
(según se mira) se alternan salientes (garras) axiales 22 y muescas
23 y en el lado derecho (según se mira) se alternan salientes 24
(garras) y muescas 25, estando dispuestas las garras 24 en un radio
menor, desde el eje del buje, que las garras 22.
Con relación adicional a las Figuras 2 a 4 en el
portador de satélites 15 se monta mediante estrías 27 un anillo de
garras 26 y retenido por un anillo espiral de retención 28. En su
lado derecho (según se mira) el anillo 26 se forma con un conjunto
de garras definido por salientes 29 y muescas 30 axiales alternados.
En el engranaje central 10 se monta mediante estrías 32 un segundo
anillo de garras 31 y se retiene mediante un anillo espiral de
retención 33. En su lado izquierdo (según se mira) el anillo 31 se
forma con un conjunto de garras definido alternando salientes 34 y
muescas 35, ambos axiales. En las Figuras 3 y 4 las estrías 32 del
anillo 31 se muestran como un corte helicoidal, puesto que en el
extremo del engranaje central se acoplan con porciones cortadas de
dientes de engranaje de corte helicoidal.
Para acoplar bien la relación de velocidad baja
o alta, el buje selector 19 se desplaza sobre el eje 9 bien hacia
la izquierda o hacia la derecha (según se mira) desde la posición
ilustrada en la Figura 2. Para este fin se proporciona un mecanismo
accionador apropiado que termina en una horquilla selectora (no
mostrada) que se acopla en una ranura anular 36 en el buje. La
Figura 5 ilustra el acoplamiento de la relación de velocidad baja.
A medida que el buje selector 19 se desplaza (según se mira) hacia
la izquierda sus garras 22 se fuerzan hacia el interior de las
muescas 30 del anillo de garras 26 y, después de un pequeño grado de
movimiento angular relativo, para absorber la holgura
circunferencial entre los respectivos conjuntos de garras, los
flancos de las garras 22 se ponen en contacto por los flancos de
las garras 29 para transmitir el par al eje 9 a la velocidad del
portador de satélites 15 (es decir reducida por la relación de 4:1
anteriormente mencionada desde el eje de entrada 2). La Figura 6
ilustra el acoplamiento de la relación de velocidad alta. A medida
que el buje selector 19 se desplaza hacia la derecha (como se puede
ver) las garras 24 se fuerzan hacia el interior de las muescas 35
del anillo de garras 31 y, después de un pequeño grado de movimiento
angular relativo, para absorber la holgura circunferencial entre
los respectivos conjuntos de garras, los flancos de las garras 24
se ponen en contacto con los flancos de las garras 34 para
transmitir el par al eje 9 a la velocidad del engranaje central 10
(es decir a una relación de 1:1 respecto al eje de
entrada 2).
entrada 2).
En cualquier desplazamiento entre las
velocidades baja y alta el buje selector 19 pasa a través del estado
de punto muerto de la Figura 2. Una bola 38 cargada por un muelle
37 en un orificio radial del eje 9 se acopla en uno de los tres
rebajos respectivos (no mostrados) en el buje selector 19 para
proporcionar una acción de tope en su posición de punto muerto,
velocidad baja o alta según sea el caso. Cuando se utiliza en una
disposición de accionamiento como se ilustra en la Figura 1, siempre
que el buje selector 19 se desplace para desacoplar una velocidad
los motores de propulsión 1a y 1b se desactivan momentáneamente para
desprenderse del par aplicado y cuando se desplaza para aplicar una
velocidad su velocidad se ajustará aproximadamente para facilitar
la entrada de las garras respectivas 22 ó 24 en el interior de las
muescas correspondientes 30 ó 35. No obstante, la forma y espaciado
de los respectivos conjuntos de garras 22/29 y 224/34 son de tal
manera que no se requiere una velocidad precisa de sincronización
entre los respectivos componentes giratorios con objeto de acoplar
una velocidad y en la realización ilustrada se puede tolerar una
diferencia de velocidad de \pm 200 rpm entre los anillos 26 ó 31
y el buje 19. En este sentido se verá que las anchuras
circunferenciales de las garras 22, 24, 29 y 34 en cada conjunto es
considerablemente menor que el espaciado circunferencial de las
garras en los respectivos conjuntos con los que se intentan acoplar
como se representa por las correspondientes muescas 30, 35, 23 y
25, esto significa que cuando "se encuentran" a medida que el
buje selector 19 se fuerza contra el anillo de garras 26 ó 31 hay
tiempo suficiente para un movimiento axial del buje para acoplar
plenamente las respectivas garras a pesar de la diferencia de
velocidad de giro entre los componentes. Las caras planas
enfrentadas axialmente de los conjuntos de garras facilitan también
el deslizamiento entre los componentes hasta que las muescas "se
encuentran", si las garras y muescas no están en coincidencia en
el contacto inicial.
Se apreciará que en el mecanismo ilustrado los
dos elementos que transmiten la rotación al eje 9 en las relaciones
de velocidad seleccionadas - a saber el engranaje central 10 y el
portador de satélites 15 - están espaciados uno de otro
esencialmente en dirección radial en vez de en dirección axial, y
los dos conjuntos de garras de unión representados por los
salientes 34 y 29 en el engranaje principal y el portador de
satélites y los salientes 24 y 22 en el buje selector 19 están
espaciados radialmente del mismo modo. Esto conduce a un mecanismo
que en comparación con un mecanismo habitual de cambio de
velocidades de embrague de garras, es esencialmente más compacto en
la dirección axial, en el que las garras están dispuestas en
extremos opuestos de un buje selector para su acoplamiento con
velocidades espaciadas axialmente. Los flancos de las garras 22, 24,
29 y 34 tienen una dimensión radial mayor que la axial lo que
minimiza además el requerimiento de espacio axial al mismo tiempo
que mantiene un área de contacto suficiente entre los flancos de los
respectivos conjuntos de garras para la transmisión de par entre
ellos, y estos flancos tendrán un perfil envolvente para mantener
el contacto a pesar de una holgura generosa en la alineación radial
del buje 19 y de los anillos 26/31. Además, de los dos conjuntos de
garras 34/24 y 29/22 es el de mayor radio (29/22) el que transmite
la relación de velocidad más baja y se puede diseñar más fácilmente
para tener la mayor capacidad de carga para adaptarse al mayor par
requerido para transmitirse a esa relación que las garras con el
menor radio (34/24) transmiten a la relación de velocidad alta.
Aunque la invención se ha descrito anteriormente
con relación a un mecanismo en el que el buje selector de
velocidades funciona en el lado de salida del conjunto de engranajes
satélites este no necesita ser necesariamente el caso. Por ejemplo,
un mecanismo como se ilustra en las Figuras 2 a 6 se podría hacer
funcionar eficazmente en marcha atrás, en el que el eje 9 es el eje
de entrada y el eje 2 es el eje de salida. En este caso el buje
selector 19 se acoplaría bien con el engranaje central 10 a través
de las garras 24/34 para accionar el eje 2 a una relación 1:1 con
el eje 9, o con el portador de satélites 15 a través de las garras
27/29 para accionar el eje 2 a una relación más alta con respecto
al eje 9.
En otras realizaciones de la invención se pueden
seleccionar diferentes permutaciones de los elementos de un
conjunto de engranajes satélites para fijarse sin que giren,
accionados por un eje de entrada y que se puede acoplar a través de
garras con un eje de salida. En uno de tales ejemplos el mecanismo
de las Figuras 2 a 6 se modifica al fijar el portador de satélites
15 en vez del ánulo 17, de este modo el ánulo está libre para
girar, y en vez del portador de satélites el ánulo está equipado con
garras para acoplar el buje selector. En este caso el eje 9 se
accionará desde el engranaje central con una relación de 1:1
respecto al eje 2, o desde el ánulo a una relación reducida y en el
sentido de rotación opuesto con respecto al eje 2. Por consiguiente
tal mecanismo sería útil para seleccionar una marcha entre adelante
y atrás.
En la realización de este mecanismo de cambio de
velocidades, ilustrado en las Figuras 2 a 6 y como se incorpora en
la configuración de accionamiento de la Figura 1, es suficiente
proporcionar para la selección solo dos relaciones de velocidad
diferentes (gama alta y baja) porque los motores eléctricos de
propulsión 1a y 1b son capaces de generar por si mismos niveles
apropiados de par sobre una gama esencial de velocidades. No
obstante, en otras aplicaciones en las que se pueda requerir un
mayor número de relaciones de velocidad, podrían estar en secuencia
de cascada una pluralidad de tales mecanismos.
Claims (8)
1. Un mecanismo de cambio de velocidades que
comprende:
un miembro giratorio de entrada (2) y un miembro
giratorio de salida (9);
un conjunto de engranajes planetario que
comprende un engranaje central (10) un conjunto de engranajes
satélites (12) que engranan con el engranaje central y se soportan
por un portador de satélites común (15) y un anulo o corona dentada
(17) que engrana con los engranajes satélites;
y un miembro (19) selector de velocidades
dispuesto para girar con uno de dichos miembros de entrada y de
salida y soportado para realizar un movimiento axial respecto al
conjunto de engranajes satélites;
estando dispuesto para girar un primero de dicho
engranaje central, un portador de satélites y un anulo con el otro
de dicho miembro de entrada y miembro de salida, y uno segundo de
dicho engranaje central, un portador de satélites y un anulo que se
sujeta sin girar;
comprendiendo el miembro selector de marchas
conjuntos de garras (22, 24) primero y segundo, radialmente
espaciados uno respecto al otro;
estando dispuestos dicho primero y el tercero de
dicho engranaje central, portador de satélites y anulo para girar
respectivamente con los conjuntos de garras tercero y cuarto (34,
29) que se adaptan para encajar con dicho primero y segundo
conjuntos de garras respectivamente cuando el miembro selector de
marchas se desplaza a una posición axial respectiva;
caracterizado porque las caras de
contacto de par de transmisión de las garras tienen en cada uno de
dichos conjuntos una mayor dimensión radial que axial y las
anchuras circunferenciales de las garras en cada uno de dichos
conjuntos es menor que el espaciado circunferencial de las garras en
los respectivos conjuntos en los que se adaptan para acoplarse.
2. Un mecanismo según la reivindicación 1, en el
que el miembro selector de velocidades se soporta sobre el miembro
giratorio de salida para transmitirle rotación pero con libertad
para desplazarse axialmente respecto a él.
3. Un mecanismo según la reivindicación 1 ó la
reivindicación 2, en el que el engranaje central está dispuesto
para girar con el miembro giratorio de entrada, manteniéndose sin
girar el ánulo, y el engranaje central y el portador de planetarios
están dispuestos para girar con dichos conjuntos de garras
respectivos tercero y cuarto.
4. Un mecanismo según la reivindicación 1 ó la
reivindicación 2, en el que el engranaje central está dispuesto
para girar con el miembro de entrada giratorio, manteniéndose sin
girar el portador de satélites, y estando dispuestos el engranaje
principal y el ánulo para girar con dichos conjuntos de garras
respectivos tercero y cuarto.
5. Un mecanismo según cualquier reivindicación
precedente, en el que el miembro selector de marchas incluye una
porción en forma de disco (21) con dichos conjuntos de garras
primero y segundo formados en sus lados opuestos.
6. Un mecanismo según cualquier reivindicación
precedente, en el que el tercer y cuarto conjuntos de garras están
formados en respectivos componentes en forma de anillos (31, 26)
independientes, que se montan en relación de transmisión de par con
el respectivo engranaje central, portador de satélites o ánulo.
7. Una configuración de accionamiento para un
vehículo de dirección por deslizamiento que comprende un miembro de
accionamiento respectivo (6a, 6b) en cada lado del vehículo; al
menos un motor de propulsión (1a, 1b) acoplado para hacer girar
dichos miembros de accionamiento y acoplado a través de un
dispositivo diferencial controlado (7) a un motor de dirección (8)
y a un mecanismo de cambio de marchas respectivo (3a, 3b) según
cualquier reivindicación precedente en la transmisión entre dicho
motor(es) de propulsión y cada uno de dichos miembros de
transmisión.
8. Un vehículo equipado con una configuración de
accionamiento según la reivindicación 7.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| GB0327904 | 2003-12-02 | ||
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