ES2293090T3 - Dispositivo de acoplamiento con un mecanismo de engranaje. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de acoplamiento de un árbol motriz (2) y de un árbol conducido (3) destinados a rotar con relación a un cárter (4), en la prolongación uno del otro sensiblemente alrededor de un eje (1), el dispositivo comprendiendo un mecanismo de engranaje (9) que permite al árbol motriz (2) impulsar el árbol conductor (3) y medios de desembrague que permiten desacoplar el mecanismo de engranaje (9) de una posición embragada hacia una posición desembragada, los medios de desembrague comprendiendo al menos un primer canal (13), solidario con un elemento motriz (12) del mecanismo de engranaje (9), y al menos un segundo canal (16) solidario con el árbol motriz (2) así como un elemento rodante (17) destinado a rodar entre el primero (13) y en el segundo canal (16), caracterizado porque el primer canal (13) tiene la forma de una porción de núcleo alrededor del eje (1), y porque el segundo canal (16) tiene una forma helicoidal alrededor del eje (1).

Description

Dispositivo de acoplamiento con un mecanismo de engranaje.

La invención se refiere a un acoplamiento de dos árboles destinados a rotar en la prolongación uno del otro. Un mecanismo de engranaje asegura el acoplamiento de dos árboles. Un mecanismo de engranaje comprende por lo general dientes o garras pertenecientes a cada uno de los dos árboles. Cuando los dientes (o garras) cooperan entre ellos, los dos árboles son acoplados. Un dispositivo de acoplamiento del mecanismo de engranaje también incluye medios para separar los dientes de cada árbol para desacoplarlos. Estos medios serán llamados desembrague durante el resto de la descripción.

Los medios conocidos de desembrague exigen poner fin a la rotación de los dos árboles así como un esfuerzo exterior importante para separar los dientes. De hecho, los dientes son mantenidos en contacto por medio de un resorte y es por lo tanto necesario vencer el esfuerzo de este resorte para desembragar.

Por lo tanto, no es posible utilizar un acoplamiento del mecanismo de engranaje conocido para acoplar un motor de arranque con un motor si se intenta desacoplar el motor de arranque cuando el motor está en marcha.

US-A-4,382,495 describe un dispositivo de acoplamiento de acuerdo al preámbulo de la reivindicación 1.

La invención está diseñada para superar estas dificultades, proponiendo un dispositivo de acoplamiento del mecanismo de engranaje por el cual los medios de desembrague pueden desacoplar los árboles incluso cuando los mismos están en rotación, y por el cual los medios de desembrague pueden desacoplar los árboles automáticamente en caso de inversión del par resistente entre un árbol motriz y un árbol conducido.

A tal fin, la invención tiene como objeto un dispositivo de acoplamiento de un árbol motriz y un árbol conducido destinados a rotar con relación a un cárter, en la prolongación uno del otro sensiblemente alrededor de un eje, el dispositivo comprendiendo un mecanismo de engranaje que permite al árbol motriz impulsar el árbol conducido y medios de desembrague que permiten desacoplar el mecanismo de engranaje de una posición embragada a una posición desembragada, los medios de desembrague comprendiendo al menos un primer canal solidario a un elemento motriz del mecanismo de engranaje, el primer canal teniendo la forma de una porción de núcleo alrededor del eje, al menos un segundo canal solidario al eje motriz, el segundo canal teniendo una forma helicoidal alrededor del eje, así como un elemento rodante destinado a rodar entre el primer y en el segundo canal.

La invención también se utiliza para reducir el esfuerzo necesario al desembrague. Gracias a la invención, el esfuerzo necesario para separar los dientes del mecanismo de engranaje no es facilitado por los medios externos al dispositivo, sino por el dispositivo en sí mismo y, más en concreto, por la energía de rotación de los árboles.

La invención también permite reducir significativamente la masa de los medios de desembrague y aumentar su compacidad.

La invención será mejor comprendida y otros beneficios surgirán de la lectura de la descripción detallada de un modo de realización de la invención dada a título de ejemplo, descripción ilustrada por el dibujo adjunto, en el cual:

\bullet la Figura 1 representa un dispositivo de acoplamiento conforme a la invención, en corte por el eje de dos árboles; la parte superior del corte representa el dispositivo de acoplamiento en posición embragada y la parte inferior del corte representa el dispositivo de acoplamiento en posición desembragada;

\bullet las Figuras 2a y 2b representan los canales y el elemento rodante en vista desarrollada alrededor del eje de rotación de los árboles;

\bullet la Figura 3 representa un ejemplo de realización de los dientes del mecanismo de engranaje;

\bullet la Figura 4 representa, en corte perpendicularmente al eje de rotación de los árboles, medios de frenado del elemento motriz y de los medios de rueda libre.

En la Figura 1, un dispositivo de acoplamiento es representado en corte según un plano que comprende un eje 1 en torno al cual dos árboles 2 y 3 pueden rotar con relación a un cárter 4. El árbol 2 es por ejemplo aquel del rotor de un motor eléctrico utilizado en el motor de arranque. Un palier que rota comprende por ejemplo un rodamiento 7 que permite la rotación del árbol 2 con relación al cárter 4, la rotación efectuándose alrededor del eje 1. El árbol 3 permite por ejemplo acoplar el motor eléctrico a una caja de relé (no representada).

Un mecanismo de engranaje 9 permite acoplar y desacoplar los árboles 2 y 3. Según el ejemplo representado, el mecanismo de engranaje 9 comprende una primera serie de dientes 10 solidarios con un elemento motriz 12 del mecanismo de engranaje 9, y una segunda serie de dientes 11 solidarios con el árbol 2. Los dientes 10 y los dientes 11 cooperan entre ellos para asegurar el impulso del árbol 2 por el árbol 3 cuando el dispositivo de acoplamiento está en posición embragada.

Medios de desembrague permiten desacoplar los dientes 10 y 11. Los medios de desembrague comprenden al menos un primer canal 13, solidario con el elemento motriz 12, y que tiene la forma de una porción de núcleo alrededor del eje 1. Los medios de desembrague comprenden además un segundo canal 16 solidario al árbol 2. El segundo canal 16 tiene una forma helicoidal alrededor del eje 1. Los medios de desembrague comprenden igualmente un elemento rodante 17 destinado a rodar entre el primer y segundo canal 13 y 16. El elemento rodante 17 es ventajosamente una pelota esférica. Un elemento elástico como, por ejemplo, un resorte helicoidal 18 tiende a mantener los dientes 10 y 11 desacoplados. El resorte helicoidal 18 se apoya entre el árbol motriz 2 y el elemento motriz 12 del mecanismo de engranaje 9. El elemento motriz 12 puede realizar un movimiento en hélice con relación al árbol 2 alrededor del eje 1. Se puede prever una pieza de revolución 14 alrededor del eje 1, libremente en rotación con relación al elemento motriz 12. El resorte helicoidal 18 se apoya entonces sobre el elemento motriz 12 por medio de la pieza de revolución 14 que, impulsada por el resorte helicoidal 18, rota continuamente a la misma velocidad de rotación que el árbol 2 alrededor del eje 1. La libertad de rotación de la pieza de revolución 14 con relación al elemento motriz 12 puede ser garantizada por un tope de bolas 15.

Cuando los dientes 10 y 11 del mecanismo de engranaje 9 se acoplan y el árbol 2 es motriz, es decir que ejerce un par motor sobre el árbol 3, el elemento motriz 12 es frenado en su rotación alrededor del eje 1 por dientes 11 solidarios con el árbol 3. El frenado del elemento motriz 12 tiende a desplazar el elemento motriz 12 con relación al árbol 2 en su movimiento en hélice de modo que los dientes 10 y 11 se mantengan acoplados.

En contraste, cuando el árbol 2 no ejerce más el par motor sobre el árbol 3, el resorte 18 tiende a desplazar el elemento motriz 12 con relación al árbol 2 en su movimiento en hélice en sentido inverso al movimiento descrito anteriormente de manera que los dientes 10 y 11 se desacoplen. El desacople de los dientes 10 y 11 se lleva a cabo automáticamente cuando el árbol 2 deja de ejercer un par motor sobre el eje 3. El desacople automático es útil cuando, por ejemplo, el árbol 2 es aquel de un motor de arranque y el árbol 3 es aquel de un motor que el motor de arranque debe poner en marcha. En un primer momento, el motor de arranque impulsa el motor y el mecanismo de engranaje 9 se mantiene acoplado. En un segundo momento, cuando el motor está en marcha, el mecanismo de engranaje 9 se desacopla automáticamente sin intervención exterior.

Ventajosamente, el segundo canal 16 es realizado en un manguito 19 relacionado en el eje 2. El manguito 19 es solidario al eje 2. Un enlace en rotación alrededor del eje 1 entre el manguito 19 y el árbol 2 es por ejemplo garantizado por dos acanaladuras 8. El manguito 19 es detenido en traslación con relación al árbol 2, por ejemplo, por medio de un tornillo 5 atornillado en el árbol 2 y cuya cabeza se apoya en el manguito 19 a través de una arandela 6. El manguito 19 puede servir ventajosamente de tope a la caja interior del rodamiento 7.

Ventajosamente, el dispositivo de acoplamiento comprende tres primeros canales 13 repartidos de forma homogénea alrededor del eje 1, tres segundos canales 16 repartidos de la misma manera que los tres primeros canales 13, tres elementos rodantes 17.

Más precisamente, un elemento rodante 17 puede rodar entre uno de los tres primeros canales 13 y uno de los tres segundos canales 16. Lo mismo puede decirse de los otros canales 13 y 16 que funcionan todos por pares con un elemento rodante 17 entre cada canal 13 y 16 del par. Los tres pares de canales 13 y 16 así como su elemento rodante asociado 17 son representados en las Figuras 2a y 2b en vista desarrollada alrededor del eje 1. La Figura 2a representa la posición desembragada y la Figura 2b representa la posición embragada. En las Figuras 2a y 2b, se observan los tres canales 13 realizados en la prolongación uno de otro y se extiende perpendicularmente al eje 1. Se observa igualmente la forma helicoidal de los tres canales 16. El ángulo de la hélice de los canales 16 es, por ejemplo, de
10º.

Ventajosamente, los dientes de cada serie tienen formas triangulares complementarias, las formas son realizadas de manera que cuando el árbol motriz 2 impulsa el árbol conducido 3, una prolongación de cada superficie en contacto con cada serie de diente comprende el eje 1.

Un ejemplo de forma de diente es bien visible en la Figura 3. En otras palabras, cuando el árbol motriz 2 impulsa el árbol 3, cada diente 10 ejerce un esfuerzo sobre un diente 11 correspondiente en una dirección perpendicular al eje 1. Por otro lado, si el árbol conducido tiende a impulsar el árbol motriz, cada diente 11 ejerce un esfuerzo sobre el diente 10 correspondiente en una dirección tal que un componente de este esfuerzo tiende a separar las dos series de dientes 10 y 11 y, por ende, desembragar. La Figura 3 es una vista parcial desarrollada alrededor del eje 1. El sentido de rotación de los árboles es representado por la flecha 20.

Cuando el dispositivo está detenido, los dientes 10 y 11 del mecanismo de engranaje 9 son desacoplados a causa de la acción del resorte helicoidal 18, que mantiene el elemento motriz 12 en la posición representada en la parte inferior de la Figura 1 llamada posición desembragada. Se puede seleccionar la rigidez del resorte helicoidal 18 para que, cuando se ponga en marcha el árbol motriz 2, la inercia del elemento motriz 12 sea suficiente para que los elementos rodantes 17 se desplacen en los canales 13 y 16 y que el elemento motriz 12 deje la posición para aproximarse a la posición embragada representada en la parte superior de la Figura 1. Incluso si la inercia del elemento motriz 12 no es suficiente para alcanzar la posición embragada, es suficiente que los dientes 10 y 11 entren en contacto unos con los otros para que la inercia del elemento motriz 12 aumente y que, en consecuencia, el elemento motriz 12 alcance la posición embragada.

La puesta en movimiento del eje 2 puede incluso ser realizada si el árbol conducido 3 no está detenido. En este caso, a pesar de velocidad del árbol conducido 3, el embrague es realizado.

Ventajosamente, se puede mejorar el embrague cuando el árbol motriz 2 se pone en movimiento disponiendo en el dispositivo un freno 21 destinado a frenar el elemento motriz 12 en su rotación con relación al árbol motriz 2. En la práctica, el freno 21 puede ser colocado en el cárter 4 y frenar la rotación del elemento motriz 12. Frenando el elemento motriz 12 con relación al cárter 4, se frena el elemento motriz 12 con relación al árbol motriz 2 cuando el árbol motriz 2 se pone en movimiento. El freno es, por ejemplo, de reluctancia para evitar cualquier fricción mecánica entre el cárter 4 y el elemento motriz 2. En un modo de realización dado a título de ejemplo y representado en la Figura 4, el freno 21 incluye una pluralidad de muescas 22 realizadas en un material magnético perteneciendo al elemento motriz 12, una pluralidad de imanes permanentes 23 solidarios con el cárter 4 y en interacción con el material magnético.

Las muescas 22 están situadas sobre una parte cilíndrica exterior 24 del elemento motriz 12, parte cilíndrica 24 de eje 1. La parte cilíndrica 24 es realizada en el material magnético. Los imanes permanentes 23 están situados en una parte cilíndrica 25 interior del cárter 4, la parte cilíndrica interior 25 es igualmente de eje 1 de modo que cuando el elemento motriz 12 rote en el interior del cárter 4, cada imán permanente 23 esté en interacción magnética alternativamente con una muesca 22 y luego con una parte maciza 26 del material magnético del elemento motriz 12. Una parte maciza 26 separa dos muescas 22 y hay tantas muescas 22 como partes macizas 26 sobre la parte cilíndrica exterior 24. La alternancia de la interacción de los imanes permanentes 23 con las muescas 22 y las partes macizas 26 genera esfuerzos que tienden a frenar el elemento motriz 12 en su rotación alrededor del eje 1.

Ventajosamente, el dispositivo de acoplamiento incluye medios que permiten la rotación del elemento motriz 12 en un solo sentido de rotación alrededor del eje 1.

Estos medios son también llamados rueda libre. Estos medios comprenden, por ejemplo, al menos un rodillo 27 libre en rotación con relación a una caja 28 solidaria con el cárter 4, una superficie de revolución 29 perteneciente al elemento motriz 2 y de eje confundido con el eje 1 de rotación del elemento motriz, una rampa 30 que pertenece al cárter 4 inclinada con respecto a una tangente a la superficie de revolución 29, en una zona de la superficie de revolución donde el rodillo 27 es susceptible de rodar, así como un elemento elástico 31 que se opone al desplazamiento del rodillo 27 a lo largo de la rampa 30.

En la Figura 4, seis rodillos 27 fueron representados con su rampa 30 y su elemento elástico 31 respectivo. La superficie de revolución 31 es común al conjunto de los rodillos 27.

Cuando el elemento motriz 12 tiende a girar en el sentido representado por la flecha 32, los rodillos 27 se afianzan entre sus rampas respectivas 30 y la superficie de revolución 29 y la rotación es imposible. Por el contrario, cuando el elemento motriz 12 tiende a girar en el sentido inverso, es decir aquel representado por la flecha 33, los rodillos 27 pueden rodar libremente entre la superficie de revolución 29 y sus respectivas rampas. En este sentido 33, la rotación del elemento motriz 12 es posible.

Por otra parte, cuando la superficie de revolución 29 está cerca de las muescas 22 y de las partes macizas 26 de manera que pueda haber interacción magnética entre los rodillos 27 y la superficie de revolución, una rotación del elemento motriz 12 tiende a alejar los rodillos 27 de la superficie de revolución 29 comprimiendo el elemento elástico 31. Esto permite evitar la fricción en la rotación del elemento motriz 12 con relación al cárter 4.

Claims (10)

1. Dispositivo de acoplamiento de un árbol motriz (2) y de un árbol conducido (3) destinados a rotar con relación a un cárter (4), en la prolongación uno del otro sensiblemente alrededor de un eje (1), el dispositivo comprendiendo un mecanismo de engranaje (9) que permite al árbol motriz (2) impulsar el árbol conductor (3) y medios de desembrague que permiten desacoplar el mecanismo de engranaje (9) de una posición embragada hacia una posición desembragada, los medios de desembrague comprendiendo al menos un primer canal (13), solidario con un elemento motriz (12) del mecanismo de engranaje (9), y al menos un segundo canal (16) solidario con el árbol motriz (2) así como un elemento rodante (17) destinado a rodar entre el primero (13) y en el segundo canal (16), caracterizado porque el primer canal (13) tiene la forma de una porción de núcleo alrededor del eje (1), y porque el segundo canal (16) tiene una forma helicoidal alrededor del eje (1).

2. Dispositivo de acoplamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento rodante (17) es una bola esférica, y porque una sección recta de cada canal (13, 16) es una porción de círculo de radio sensiblemente igual a aquel de la bola esférica.

3. Dispositivo de acoplamiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende tres primeros canales (13), repartidos de forma homogénea alrededor del eje (1), tres segundos canales (16) repartidos de la misma forma que los tres primeros canales (13), y tres elementos rodantes (17).

4. Dispositivo de acoplamiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el mecanismo de engranaje (9) comprende una primera serie de dientes (10) solidarios con el árbol motriz (2) y una segunda serie de dientes (11), solidarios con el árbol conducido (3), los dientes de cada serie tienen formas triangulares complementarias, las formas son realizadas de manera que cuando el árbol motriz (2) impulsa el árbol conducido (3), un prolongación de cada superficie en contacto con cada serie de diente comprende el eje (1).

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende un freno (21) destinado a frenar el elemento motriz (12) en su rotación con relación al árbol motriz (2).

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el freno (21) es de reluctancia.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque el freno (21) comprende una pluralidad de muescas (22) realizadas en un material magnético perteneciente al elemento motriz (12), una pluralidad de imanes permanentes (23), solidarios con el cárter (4) y en interacción con el material magnético.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende medios que autorizan la rotación del elemento motriz (12) en un solo sentido de rotación alrededor del eje (1).

9. Dispositivo según la reivindicación 8 como una reivindicación dependiente de la reivindicación 7, caracterizado porque los medios que autorizan la rotación del elemento motriz (12) en un solo sentido de rotación alrededor del eje (1) comprenden al menos un rodillo (27) libre en rotación con relación a una caja (28) solidaria con el cárter (4), una superficie de revolución (29) perteneciendo al elemento motriz (2) y de eje confundido con el eje (1) de rotación del elemento motriz (12), una rampa (30) perteneciente al cárter (4) inclina con relación a una tangente a la superficie de revolución (29) en una zona de la superficie de revolución donde el rodillo (27) es susceptible de rodar, así como un elemento elástico (31) que se opone al desplazamiento del rodillo (27) a lo largo de la rampa (30).

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque la superficie de revolución (29) está cerca de las ranuras (22) y de las partes macizas (26) de manera que pueda tener interacción magnética entre los rodillos (27) y la superficie de revolución.