ES2327959T3 - Trasnsmision toroidal de variacion continua. - Google Patents
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Abstract
Una transmisión que comprende un variador toroidal con una primera y una segunda superficies de impulso espaciadas entre sí que definen una cavidad toroidal alrededor de un eje de rotación, una entrada de transmisión configurada para impulsar la primera y la segunda superficies de impulso en direcciones opuestas, uno o más rodillos configurados para entrar en contacto con las mencionadas superficies de impulso y para ser impulsados por ellas, y soportados por soportes pivotantes entre las superficies de impulso, y donde la salida de transmisión es impulsada por el movimiento en órbita de los soportes pivotantes alrededor del eje de rotación del variador.
Description
Transmisión toroidal de variación continua.
La presente invención se refiere a un aparato de
transmisión de relación infinitamente variable de tipo toroidal con
tracción de rodillo, que en lo sucesivo se denominará variador.
La forma básica de un variador - véase, por
ejemplo, US-A-3822610 - comprende un
disco de entrada rebajado toroidalmente conectado a un eje motor de
entrada y un disco de salida rebajado toroidalmente configurado en
una posición coaxial con respecto al disco de entrada. Se
suministra una pluralidad de rodillos (normalmente tres rodillos)
en la cavidad toroidal definida entre los discos de entrada y salida
y la potencia se transmite desde el disco de entrada al disco de
salida por medio de los rodillos. Los rodillos están montados en
soportes de rodillo sometidos a fuerzas transversales (normalmente
por medio de pistones hidráulicos de doble acción). Se aplica
normalmente la misma presión hidráulica a la denominada cámara de
carga final para aplicar una fuerza axial a uno de los discos con
el fin de garantizar que los rodillos se acoplan por fricción con
los discos de entrada y salida.
Este tipo de transmisiones han sido diseñados
principalmente para su uso en aplicaciones con una potencia y un
par motor relativamente elevados, como por ejemplo en transmisiones
de vehículos a motor. De hecho, a fin de poder soportar los
niveles de potencia y par motor y proporcionar una transmisión más
equilibrada, normalmente se necesita utilizar un par de discos de
entrada y un par de discos de salida montados coaxialmente, estos
discos de salida definen dos cavidades toroidales e incluyen, cada
uno, tres rodillos (véase, por ejemplo,
US-A-2002/0025876). Una ventaja del
uso de tres rodillos en cada cavidad toroidal es que esta
configuración resulta intrínsecamente estable, ya que el contacto
del rodillo en tres ubicaciones equidistantes alrededor de los
discos reduce al mínimo la curvatura de los componentes del variador
y, por consiguiente, minimiza el desgaste. Sin embargo,
normalmente también resulta necesario suministrar a cada rodillo su
propio pistón de control de acción doble y que las presiones
hidráulicas sean controladas por un ordenador.
Aunque el coste que supone esta sofisticación
resulta aceptable en las transmisiones de vehículos a motor, no
fomenta el uso de variadores en entornos menos exigentes.
Según un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona una transmisión que comprende un variador
toroidal con una primera y una segunda superficies de impulso
espaciadas entre sí que definen una cavidad toroidal alrededor de
un eje de rotación, una entrada de transmisión configurada para
impulsar la primera y la segunda superficies de impulso en
direcciones opuestas y soportada por soportes pivotantes entre las
superficies de impulso, uno o más rodillos configurados para entrar
en contacto con las mencionadas superficies de impulso y ser
impulsados por las mismas, donde la salida de transmisión es
impulsada por el movimiento en órbita de los soportes pivotantes
alrededor del eje de rotación del variador.
Según un segundo aspecto de la presente
invención, se proporciona una transmisión que comprende un variador
toroidal con una primera y segunda superficies de impulso espaciadas
entre sí que definen una cavidad toroidal alrededor de un eje de
rotación, soportadas por soportes pivotantes entre las superficies
de impulso, uno o más rodillos configurados para entrar en contacto
con las mencionadas superficies de impulso, donde la transmisión
tiene una entrada configurada para hacer que los soportes pivotantes
orbiten alrededor del eje de rotación del variador, de manera que
uno o más rodillos impulsan las superficies de impulso espaciadas
entre sí, las cuales están engranadas para rotar en direcciones
opuestas, talles superficies de impulso espaciadas entre sí están
conectadas a una salida de transmisión común.
Preferiblemente, la relación de transmisión es
variable al variar los diámetros relativos de los lugares de
contacto entre cada rodillo y cada una de la primera y segunda
superficies de impulso.
Preferiblemente, la relación de transmisión es
variable al variar el ángulo subtendido entre un eje de cada
rodillo y el eje de la primera o la segunda superficies de
impulso.
Preferiblemente, la primera y la segunda
superficies de impulso rotan en direcciones opuestas, aunque están
conectadas a un eje común por medio de un engranaje.
La primera y segunda superficies de impulso
están preferiblemente configuradas para rotar en direcciones
opuestas. Preferiblemente, la primera y la segunda superficies de
impulso también rotan a la misma velocidad.
Preferiblemente, los soportes pivotantes están
conectados a una corona de salida, la cual está preferiblemente
conectada a un eje de salida.
Se puede obtener una gama infinita de relaciones
de transmisión positivas y negativas con la transmisión de la
invención. Cuando es posible obtener una gama infinita de
relaciones de transmisión positivas y negativas, puede usarse la
transmisión para proporcionar un engranaje hacia delante y hacia
atrás o inverso. Preferiblemente, también está disponible un
"punto neutro de engranaje", en virtud del cual se convierte
una velocidad de entrada finita en una velocidad de salida
equivalente a cero sin desconectar la entrada de la salida. El
punto neutro de engranaje preferiblemente se produce cuando los
rodillos rotan sobre sus ejes pero no llevan a cabo una
precesión.
La gama de relaciones de transmisión positivas y
negativas disponibles puede estar sesgada, es decir, la gama
disponible de relaciones puede estar desviada hacia un lado del
punto neutro de engranaje.
El engranaje (u otro mecanismo apropiado) para
conectar un eje (de entrada o salida) a las superficies de impulso
puede ser un engranaje de relación fija.
Se podría configurar la transmisión de manera
que el punto neutro de engranaje se produjera a un límite de la
relación disponible (determinado, en parte, por el tamaño de la
discontinuidad de la superficie de impulso, cuando ésta se haya
proporcionado), de forma que se pudieran obtener relaciones de
transmisión positivas o negativas. Cuando sólo se proporciona una
sola dirección, es posible proporcionar un "engranaje inverso"
independiente en la salida de transmisión.
Se puede proporcionar cualquier número de
rodillos, aunque se prevé que dos rodillos proporcionan un buen
equilibrio entre los diferentes factores de peso, costes de
fabricación, durabilidad y complejidad. Se pueden preferir tres o
cuatro rodillos en aplicaciones en las que se requiera una mayor
durabilidad, o cuando se van a transmitir pares motor elevados.
Preferiblemente, cada uno de los soportes
pivotantes de los rodillos está montado sobre un engranaje
planetario que se acopla a un engranaje central y una corona de
salida que está conectada con la salida de transmisión.
La transmisión además comprende preferiblemente
medios de desplazamiento para rotar el engranaje central con
respecto a la corona de salida, ajustándose de esta forma la
inclinación de los rodillos.
En una realización, los medios de desplazamiento
comprenden un anillo de control al que está conectado el engranaje
central, medios para rotar el anillo de control a la misma velocidad
que la corona de salida y medios para variar el desplazamiento
angular del anillo de control con respecto a la corona de
salida.
El medio para rotar el anillo de control a la
misma velocidad que la corona de salida preferiblemente comprende
una pluralidad de primeros miembros rotatorios en contacto de
rodillo con la corona de salida y con una superficie fijada
radialmente hacia fuera de la corona de salida, y una pluralidad de
segundos miembros rotatorios, cada uno de ellos montado en una
posición rotacional sobre el mismo eje como uno de los respectivos
primeros miembros rotatorios, en contacto de rodillo con el anillo
de control y con una superficie anular adicional ubicada
radialmente hacia fuera del anillo de control.
Los miembros rotatorios preferiblemente
comprenden rodillos en contacto por rozamiento de rodillo, pero
alternativamente pueden comprender engranajes.
Preferiblemente, la superficie anular adicional
ubicada radialmente hacia fuera del anillo de control puede ser
desplazada angularmente, controlando así la posición angular del
anillo de control con relación a la corona de salida.
A continuación se describirán realizaciones
específicas de la invención, a modo de ejemplo únicamente, y
haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
Las Figuras 1 y 2 muestran diagramas
esquemáticos de una primera realización de la invención;
Las Figuras 3 y 4 muestran diagramas
esquemáticos de un subensamblaje de rodillo de la primera
realización;
La Figura 5a muestra una representación
esquemática de un aparato para controlar el ángulo de los rodillos
y extraer potencia de los mismos;
La Figura 5b muestra una vista posterior
esquemática de cómo se conectan a tierra los rodillos planetarios
de la Figura 5;
La Figura 6 es una vista en perspectiva del
rodillo y del soporte del rodillo de una realización de variador de
acuerdo con la presente invención;
La Figura 7 es una vista en perspectiva
despiezada del soporte de rodillo de la Figura 6;
La Figura 8 es una vista despiezada donde se
muestra el soporte de rodillo de la Figura 6 en mayor detalle;
la Figura 9 es una vista en perspectiva del
rodillo y del soporte de rodillo de la Figura 6; y
Las Figuras 10 y 11 son vistas frontales de un
variador equipado con los rodillos y los soportes de rodillos de la
Figura 6.
Por lo que respecta, en primer lugar, a las 1 a
5, un sistema de transmisión de relación continuamente variable
comprende un variador V que posee un primer y segundo discos
rebajados toroidalmente (12 y 14), los cuales definen una cavidad
toroidal (16) que recibe dos rodillos (18 y 20) en contacto de
rodillo con la cara rebajada toroidalmente de cada uno de los
discos (12 y 14). El primer y segundo discos (12 y 14) son
impulsados en direcciones opuestas desde un eje de entrada común
(22) que está conectado a un motor. La rotación del eje de entrada
(22) se transfiere desde el primer disco (12) por medio de un primer
engranaje cilíndrico de dientes rectos (24) montado sobre el eje de
entrada (22), el cual se acopla a un segundo engranaje cilíndrico de
dientes rectos (26) de idéntico tamaño montado sobre un primer eje
motor intermedio (28) conectado al primer disco (12). Se
transfiere la rotación del eje de entrada desde el eje de entrada
(22) al segundo disco (14) por medio de un tercer engranaje
cilíndrico de dientes rectos (30) unido al eje de entrada (22). El
engranaje cilíndrico de dientes rectos (30) se acopla a un
engranaje intermedio de marcha atrás (32), el cual a su vez se
acopla a un engranaje adicional cilíndrico de dientes rectos (34)
(de tamaño idéntico al engranaje cilíndrico de dientes rectos
(30)), el cual está montado sobre un segundo eje motor intermedio
tubular (36), configurado coaxialmente con respecto al primer eje
motor intermedio (28), que está conectado al segundo disco (14).
De esta forma, los dos discos rotan en direcciones mutuamente
opuestas a la misma velocidad que el eje de entrada (22).
Los rodillos (18 y 20) están soportados de forma
pivotal sobre soportes (40), que a su vez están montados sobre una
corona (42) conectada a un eje de salida de transmisión (44)
configurado coaxialmente con respecto a los ejes motor intermedios
(28 y 36). Como se muestra en las Figuras 3 a 5, y como se
describirá en mayor detalle más adelante, se suministra el variador
con un mecanismo para inclinar el eje de rotación de los rodillos
(18 y 20).
En su estado estacionario, mostrado en la Figura
1, en el que los ejes rotativos de los dos rodillos son
perpendiculares al eje de rotación del variador, los planos de los
rodillos están paralelos al eje de rotación del variador, y la
corona (42) sobre la que los rodillos (18 y 20) están montados
permanece estacionaria con respecto al eje de rotación del
variador. No obstante, según va cambiando la inclinación de los
rodillos, en respuesta a la demanda del conductor (como se muestra
en la Figura 2), las partes diametralmente opuestas de los rodillos
están en contacto con las partes de los discos (10 y 12) ubicadas en
diferentes posiciones radiales. Por consiguiente, puesto que los
discos (10 y 12) están obligados a moverse a la misma velocidad, se
fuerza la corona (42) sobre la que están montados los rodillos (18
y 20) a orbitar o llevar a cabo una precesión alrededor del eje de
rotación del variador, rotando de esta forma el eje de salida (44)
al que está conectado.
Por lo tanto, al variar la inclinación de los
rodillos (como se explicará más adelante), se puede controlar la
velocidad del eje de salida (44).
Se puede obtener una gama infinita de relaciones
de transmisión positivas y negativas (proporcionando, por ejemplo,
engranajes "hacia delante" y "hacia atrás" en pasos
infinitesimales), además de un "punto neutro de engranaje", en
virtud del cual una velocidad de entrada finita es convertida en una
velocidad de salida equivalente a cero sin desconectar la entrada
de la salida. El punto neutro de engranaje se produce cuando los
rodillos rotan sobre sus ejes, pero no efectúan una precesión, como
se ha mostrado en la Figura 1.
Asimismo, la gama de relaciones de transmisión
positivas y negativas disponible pueden estar desviadas, dependiendo
de la relación de las velocidades del primer y segundo discos (12 y
14), la cual se puede definir mediante la selección apropiada de
los engranajes que transfieren potencia desde la entrada (22) a los
dos discos (18 y 20). En el ejemplo ilustrado, los dos discos (18
y 20) están configurados para rotar a la misma velocidad, pero los
mismos pueden estar configurados para rotar a velocidades
diferentes.
Por ejemplo, la transmisión podría estar
configurada de manera que el punto neutro de engranaje del variador
se produce en un ángulo extremo de rodillo, por lo que sólo se
pueden obtener relaciones de transmisión positivas o negativas. Si
se requiriera una salida esporádica en la dirección opuesta, se
podría conectar al eje de salida (44) un engranaje de inversión
independiente seleccionable.
Las Figuras 3 y 4 muestran las configuraciones
de las Figuras 1 y 2 en más detalle. Cada rodillo (18 y 20) está
montado sobre un pivote de bola que le permite rotar sobre un eje de
rotación y permite simultáneamente la inclinación del eje de
rotación, posibilitando así la precesión del rodillo. Sólo se
muestran dos rodillos (18 y 20), por razones de simplificación,
aunque se puede utilizar cualquier número de rodillos (18). Cada
pivote (40) está montado sobre un engranaje planetario truncado
(52). Puesto que la gama de movimientos de los engranajes
planetarios (52) está limitada, sus periferias externas no tienen
que ser completas y, en su lugar, los engranajes planetarios
comprenden una extremidad que se extiende diametralmente (53) entre
dos cremalleras dentadas curvilíneas (54 y 56). Las cremalleras
más interiores (54) se acoplan a los dientes de un engranaje
central (58) y las cremalleras más exteriores (56) se acoplan a los
dientes de una corona de salida (60). El engranaje central (58)
está conectado mediante radios (62) a un anillo de control (64). La
corona de salida (60) y el anillo de control (64) poseen, de hecho,
el mismo diámetro, pero se han ilustrado como si tuvieran diámetros
diferentes con el fin de mostrar las conexiones de los diferentes
componentes.
Por lo que respecta a la Figura 4, el movimiento
relativo de la corona de salida (60) y del anillo de control (64)
(tal y como indican las flechas C y D) causa la rotación de los
engranajes planetarios (52), provocando la precesión de los ejes
rotativos de los rodillos (18 y 20). Como se puede observar, los
puntos de contacto de los dos rodillos (18 y 20) (que inscriben
lugares en las superficies de impulso) están ubicados en radios
diferentes, y puesto que los discos (12 y 14) están forzados (en
esta realización) a rotar a la misma velocidad, el resultado es que
los rodillos (18 y 20) y la corona (42) sobre los que están montados
orbitan alrededor del eje de rotación del variador, haciendo rotar
así el eje de salida (44).
Como se puede observar, con el fin de poder
controlar la inclinación de los rodillos (18 y 20), es necesario
poder impartir un desplazamiento al anillo de control (64) en
relación con la corona de salida (60). Sin embargo, cuando los
rodillos (18 y 20) están orbitando, a fin de mantener un
desplazamiento constante del anillo de control (64) en relación con
la corona de salida (60), es necesario que la corona de salida (60)
y el anillo de control (64) roten sobre el eje del variador
x-x a la misma velocidad angular a la que están
efectuando la precesión los rodillos (18 y 20).
En la Figura 5 de los dibujos se ilustra
esquemáticamente en más detalle el control del ángulo del
rodillo.
El anillo de control (64) está conectado al
engranaje central (58) por medio de los radios (62). Se puede
obtener el movimiento del anillo de control (64) en relación con la
corona de salida (60) al pivotar el anillo de control (64), tal y
como indica la flecha E en relación con la corona de salida (60).
Sin embargo, para mantener el anillo de control (64) y la corona de
salida (60) en una posición relativa constante, mientras que la
corona de salida (60) está rotando (es decir, proporcionando una
salida), la corona de salida (60) y el anillo de control (64) deben
rotar a la misma velocidad angular.
Ello se consigue al proporcionar conjuntos de
rodillos idénticos (68 y 70), montados pivotalmente de forma
independiente sobre ejes comunes (72) y acoplados por fricción con
las superficies externas de la corona de salida (42) y del anillo
de control (64), respectivamente. Los ejes (72) están montados
sobre una placa anular (74) que garantiza que los rodillos (68 y
70) quedan sujetos firmemente en un acoplamiento por fricción con
las periferias de la corona de salida (60) y el anillo de control
(64), respectivamente, y también garantiza que los ejes (72)
permanecen paralelos al eje de rotación del variador. Los rodillos
(68) que están en contacto con la corona de salida (60) también
están acoplados por fricción con una superficie anular (76) fijada
con respecto a la cubierta de transmisión. Los rodillos (70)
también se encuentran en contacto por fricción con un anillo
adicional (78), cuya rotación puede ajustarse para alterar el
desplazamiento relativo del anillo de control (64) y la corona de
salida (60), ajustando de esta manera la inclinación de los rodillos
(18 y 20). Por consiguiente, la rotación de la corona de salida
(60) hace que los ejes (72) orbiten alrededor del eje del variador
x-x. El movimiento en órbita de los ejes (72) se
transfiere a los otros rodillos (70) y, desde ahí, al anillo de
control (64).
(Los rodillos (68 y 70) podrían ser reemplazados
por engranajes que se acoplan a una parte externa dentada de la
corona de salida (60) y del anillo de control (64), pero en la
práctica, debido a la gran diferencia en tamaño entre la corona de
salida (60) / el anillo de control (64) y los engranajes
planetarios, se prefiere el uso de rodillos en lugar de
engranajes).
En la Figura 5b se puede observar cómo se
proporcionan tres rodillos (68 y 70) en cada conjunto de rodillos,
aunque es posible utilizar cualquier número de rodillos (68 y
70).
Como se ha descrito anteriormente con respecto a
las figuras comprendidas entre la 1 y la 5, la realización de la
invención que se describe más adelante incluye rodillos de variador
sobre un soporte de rodillo respectivo (correspondiente a los
engranajes planetarios truncados (52) de las figuras comprendidas
entre la 1 y la 5) que puede inclinarse gracias a un sistema de
transmisión. Se podrá llegar a una mejor comprensión de este
principio si observamos las Figuras 6a y 6b, en las que sólo se
ilustra uno de los rodillos en 200 (contenido en gran parte dentro
de una cubierta (202) que se describirá más adelante) y el soporte
de rodillo se encuentra en 204. Si comparamos la Figura 6b con la
Figura 6a, el soporte de rodillo (204) se ha inclinado con relación
al eje del soporte (226), de manera que el ángulo de inclinación
[sic] es diferente de cero. El cambio en el ángulo de inclinación
aparta temporalmente el eje de rodillo de la intersección con el eje
del variador, y el momento de dirección resultante ha causado la
precesión del rodillo a fin de restaurar la intersección. La
consiguiente inclinación del rodillo se corresponde con una relación
de transmisión modificada que ya no equivale a 1:1.
La configuración utilizada en esta realización y
en otras posteriores para montar el soporte (204) de manera que
pueda inclinarse alrededor del eje del soporte (226) y para impulsar
este movimiento de inclinación del soporte, comprende un engranaje
central interno (212) y un engranaje externo anular (214). Estos
dos engranajes están montados en una posición concéntrica con
respecto al eje del variador (218) y pueden rotar sobre el mismo.
El soporte de rodillo (204) tiene forma de rueda de engranaje
planetario y está ubicado en el espacio entre el engranaje central
(212) y el engranaje anular (214), acoplándose a ambos. El soporte
no puede moverse a lo largo del eje del variador, ya que la
posición del rodillo que soporta está dictada por los anillos de
rodadura del variador. Estos anillos de rodadura no se muestran en
los dibujos, sino que (como quedará evidente en los dibujos
posteriores) están situados delante y detrás del rodillo (200) y
rotan sobre un eje común (218), denominado el eje del variador y
ubicado en una posición perpendicular al plano del papel. El
soporte es capaz de rotar sobre un eje del soporte (226), el cual
también se sitúa en una posición perpendicular al plano del papel.
Se suministra una configuración que impulsa al soporte a rotar sobre
este eje, cambiando así el "ángulo de inclinación" del soporte.
Se puede definir el ángulo de inclinación, indicado por en la
Figura 6b, como el ángulo entre (1) la línea (216) que sale
radialmente del eje del variador (218) (es decir, el eje de los
anillos de rodadura del variador) y (2) una línea arbitraria (220) a
lo largo del soporte. Los momentos de dirección necesarios para
causar la precesión del rodillo y el consiguiente cambio de relación
de variador son el resultado de los cambios en el ángulo de
inclinación.
En la Figura 6a, el ángulo de inclinación es
cero y el variador funciona a una relación de transmisión de
aproximadamente 1:1. El eje del rodillo (222) es perpendicular al
eje del variador (218) y forma una intersección con el mismo, como
debe hacerlo en una posición de equilibrio.
Puesto que el rango de movimiento angular del
soporte es limitado, no es necesario que su periferia externa
adopte la forma de un engranaje planetario completo. Por el
contrario, el soporte cuenta con una parte dentada parcialmente
circular y dispuesta radialmente hacia el interior (206), la cual se
acopla a través de una extremidad que se extiende de manera
generalmente radial (208) a una parte dentada (210) parcialmente
circular y dispuesta radialmente hacia el exterior. La estructura
de este soporte (204) le permite encajar en el espacio disponible
sin obstruir otras partes, como por ejemplo los propios
rodillos.
Consideremos, por ejemplo, lo que ocurriría si
los engranajes central y anular (212 y 214) fueran impulsados para
rotar a la misma velocidad, de manera que estos - y el soporte (204)
- simplemente giraran alrededor del eje del variador, manteniendo a
la vez posiciones fijas en relación los unos con los otros. El
ángulo de inclinación no cambiaría. Si el eje del rodillo (222)
formara inicialmente una intersección con el eje del variador
(218), como se muestra
en la Figura 6, entonces permanecería en esa posición y no se produciría ningún cambio en la relación del variador.
en la Figura 6, entonces permanecería en esa posición y no se produciría ningún cambio en la relación del variador.
No obstante, consideremos lo que ocurriría si se
desplazan los engranajes central y anular el uno con respecto al
otro. En general se obtendrá como resultado un movimiento del
soporte a lo largo de un recorrido circular alrededor del eje del
variador. El centro del rodillo traza un círculo (224) que es el
círculo central del toro definido por los anillos de rodadura del
variador. Sin embargo, al mismo tiempo el soporte (204) rotará
sobre el eje del soporte (226) para cambiar su ángulo de
inclinación.
El rodillo posee la suficiente libertad como
para efectuar una precesión con respecto al soporte (204), gracias
a una configuración de cojinete a través de la cual se acopla a este
soporte; a continuación analizaremos este aspecto de la presente
modalidad haciendo referencia a las Figuras 7 a 9. La configuración
de cojinete permite al rodillo (200) (1) rotar sobre su propio eje
y (2) llevar a cabo una precesión alrededor de un eje de precesión
(228) definido - y fijado - con respecto al soporte (204).
Se suministra una rotación del rodillo (200)
sobre su propio eje mediante un cojinete de agujas (230) (Figura 8)
que se encaja en el orificio central del rodillo. Entre el rodillo
y el cojinete se suministra un anillo de tolerancia (232) (Figura
8). Debido a su construcción acanalada, el anillo de tolerancia
proporciona cierto grado de elasticidad entre el rodillo y el
cojinete. Durante su uso, los anillos de rodadura del variador
someten al rodillo a una gran fuerza de compresión a lo largo del
diámetro del rodillo. Como resultado, el rodillo se deforma
elásticamente en cierta medida. El anillo de tolerancia se deforma
elásticamente para adaptarse a la deformación del rodillo,
garantizado así que el propio rodillo sea el que soporta
principalmente la fuerza de compresión, en vez de transmitirse al
cojinete (230). El anillo de rodadura interior del cojinete de
agujas (230) se compone de dos partes (234 y 236) ensambladas
alrededor de un núcleo (238) del soporte (204) (Figura 7). Por
ejemplo, es posible soldar las dos partes (234 y 236) y, a
continuación, maquinar su circunferencia exterior para suministrar
la superficie circular regular requerida en el anillo de rodadura
interno del cojinete. Alternativamente, se podrían asegurar estas
dos partes mediante una banda alrededor de su circunferencia (no
mostrada), que actuaría como superficie de apoyo. Espigas
circulares (240) sobresalen desde ambos lados del núcleo (238),
ubicadas de manera concéntrica con respecto al eje de precesión
(228) y alineadas a lo largo del mismo. Las espigas se encajan en
entrantes circulares complementarios (242) en caras internas de las
partes de los anillos de rodadura internos respectivos (234 y 236),
mientras que arandelas (244) separan las caras internas (241) de
las caras adyacentes del núcleo (238). Esta estructura permite que
el anillo de rodadura de cojinete interior (234 y 236) y, por
consiguiente, el rodillo (200) soportado sobre el mismo, efectúen
una precesión con respecto al soporte (204) alrededor del eje de
precesión (228), tal y como se ha mencionado anteriormente. Cabe
destacar que el eje de precesión no está ubicado en un plano radial
(perpendicular) al eje del variador (como, por ejemplo, el plano del
papel en la Figura 6). Por el contrario, el eje de precesión (228)
está inclinado hacia este plano para formar el ángulo de arrastre.
La mejor forma de comprender este punto será al observar la Figura
9, donde se muestra el soporte (204) en perspectiva. En esta figura
se pueden observar los dientes de engranaje del soporte inclinados
hacia el eje de precesión, en vez de en una posición perpendicular
al mismo. En la presente realización, el ángulo de los dientes de
engranaje determina el ángulo de arrastre entre el eje de precesión
y el plano radial. Uno de los beneficios de esta configuración es
que la estructura del variador no limita el ángulo de arrastre. En
los variadores pertenecientes al estado anterior de la técnica, el
máximo ángulo posible de arrastre está limitado por la obstrucción
del accionador por parte de los anillos de rodadura del variador.
En comparación, el tipo de estructura que se considera aquí
proporciona al diseñador una mayor libertad para elegir el ángulo de
arrastre que resulte necesario para satisfacer los requisitos de
velocidad de respuesta del variador y de estabilidad contra la
oscilación.
Las Figuras 10 y 11 tienen como objetivo mostrar
el movimiento de los soportes (204) y de los rodillos (200). Estos
dibujos muestran una configuración práctica con tres rodillos
dispuestos a intervalos angulares periódicos dentro de una cavidad
toroidal formada entre un par de anillos de rodadura toroidales de
variador (omitidos por razones de claridad). En la Figura 10 (224)
se indica de nuevo la trayectoria circular que trazan los centros
de los rodillos alrededor del eje del variador a medida que los
soportes se mueven hacia atrás y hacia delante. Ésta es, de hecho,
la línea central de la cavidad toroidal definida por los anillos de
rodadura. En esta modalidad se utiliza una estructura helicoidal
con radios (248) para proporcionar impulso al engranaje central
(212), como se explicará más adelante.
En la Figura 10, el variador funciona a una
relación de aproximadamente 1:1. Los ejes de los rodillos son
aproximadamente perpendiculares al eje del variador (el ángulo en
cuestión se mediría en un plano que contiene el eje del variador -
es decir, que es perpendicular al papel -, por lo que no se puede
indicar en esta vista). Cada eje de rodillo (222) forma una
intersección con el eje del variador (218), como deben hacerlo en
una posición de equilibrio. El ángulo de inclinación común [sic]
de cada soporte (204) se define como cero en esta condición.
Si comparamos la Figura 11 con la Figura 10, el
engranaje central (212) y el engranaje anular (214) se han avanzado
en la dirección de las agujas del reloj, y el engranaje central se
mueve una distancia mayor que el engranaje anular. Por
consiguiente, se producen varios cambios:
i) debido a que el engranaje central y el
engranaje anular han rotado en la misma dirección (en el sentido de
las agujas del reloj), los soportes (204) y los rodillos (200)
también han avanzado en el sentido de las agujas del reloj, y el
centro de cada rodillo (200) se ha desplazado a lo largo del círculo
(224);
ii) debido a que el engranaje central (212) ha
rotado más rápido que el engranaje anular (214), se ha causado la
inclinación de cada soporte (204), es decir, que ahora rotan sobre
su eje del soporte (226), modificando su ángulo de inclinación;
iii) el cambio en el ángulo de inclinación del
soporte ha causado un desplazamiento angular de los ejes de
rodillo, apartándolos temporalmente de la intersección con el eje
del variador. Por consiguiente, se ha ejercido un efecto de
dirección sobre los rodillos, como se ha descrito previamente,
causando la precesión de los mismos (alrededor de los ejes de
precesión (228) definidos con respecto a los soportes (204)) a las
posiciones mostradas y restaurando así la intersección. Resultará
aparente que los ejes de rodillo ya no son perpendiculares al eje
del variador, sino que están inclinados con respecto al mismo. En
consecuencia, la relación de transmisión del variador se ha
modificado y, de hecho, se muestra el variador en una posición
cercana a un extremo del rango de relación disponible.
Claims (18)
1. Una transmisión que comprende un variador
toroidal con una primera y una segunda superficies de impulso
espaciadas entre sí que definen una cavidad toroidal alrededor de un
eje de rotación, una entrada de transmisión configurada para
impulsar la primera y la segunda superficies de impulso en
direcciones opuestas, uno o más rodillos configurados para entrar
en contacto con las mencionadas superficies de impulso y para ser
impulsados por ellas, y soportados por soportes pivotantes entre
las superficies de impulso, y donde la salida de transmisión es
impulsada por el movimiento en órbita de los soportes pivotantes
alrededor del eje de rotación del variador.
2. Una transmisión que comprende un variador
toroidal con una primera y segunda superficies de impulso espaciadas
entre sí que definen una cavidad toroidal alrededor de un eje de
rotación, uno o más rodillos configurados para entrar en contacto
con las mencionadas superficies de impulso y soportados por soportes
pivotantes entre las superficies de impulso, y donde la transmisión
posee una entrada configurada para hacer que los soportes
pivotantes orbiten alrededor del eje de rotación del variador, de
manera que uno o más rodillos impulsan las superficies de impulso
espaciadas entre sí, las cuales están engranadas para rotar en
direcciones opuestas. Las mencionadas superficies de impulso
espaciadas entre sí están conectadas a una salida de transmisión
común.
3. Una transmisión, tal y como se reivindica en
las reivindicaciones 1 ó 2, donde la relación de transmisión es
variable al variar los diámetros relativos de los lugares de
contacto entre cada rodillo y cada una de la primera y segunda
superficies de impulso.
4. Una transmisión, tal y como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones comprendidas entre la 1 y la 3,
donde la relación de transmisión es variable al variar el ángulo
subtendido entre un eje de cada rodillo y el eje de la primera o
segunda superficies de impulso.
5. Una transmisión, tal y como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones comprendidas entre la 1 y la 4,
donde la primera y la segunda superficies de impulso rotan en
direcciones opuestas, pero están conectadas a un eje común por medio
de engranajes.
6. Una transmisión, tal y como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones comprendidas entre la 1 y la 5,
donde la primera y segunda superficies de impulso están configuradas
para rotar en direcciones opuestas.
7. Una transmisión, tal y como se reivindica en
la reivindicación 6, donde la primera y segunda superficies de
impulso rotan a velocidades iguales.
8. Una transmisión, tal y como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones comprendidas entre la 1 y la 7,
donde las conexiones pivotantes están conectadas a una corona de
salida.
9. Una transmisión, tal y como se reivindica en
la reivindicación 8, donde la corona de salida está conectada a un
eje de salida.
10. Una transmisión, tal y como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones comprendidas entre la 1 y la 9,
que posee una relación de "punto neutro de engranaje", en
virtud de la cual se convierte una velocidad de entrada finita en
una velocidad de salida equivalente a cero sin desconectar la
entrada de la salida.
11. Una transmisión, tal y como se reivindica en
la reivindicación 9, donde en el punto neutro de engranaje los
rodillos no han efectuado una precesión.
12. Una transmisión, tal y como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde cada uno de
los soportes pivotantes de los rodillos están montados en un
engranaje planetario que se acopla a un engranaje central y una
corona de salida que está conectada a la salida de transmisión.
13. Una transmisión, tal y como se reivindica en
la reivindicación 12, que comprende medios de desplazamiento para
rotar el engranaje central con respecto a la corona de salida,
mediante los cuales se puede ajustar la inclinación de los
rodillos.
14. Una transmisión, tal y como se reivindica en
la reivindicación 13, donde los medios de desplazamiento comprenden
un anillo de control al que está conectado el engranaje central,
medios para rotar el anillo de control a la misma velocidad que la
corona de salida y medios para variar el desplazamiento angular del
anillo de control con respecto a la corona de salida.
15. Una transmisión, tal y como se reivindica en
la reivindicación 14, donde los medios para rotar el anillo de
control a la misma velocidad que la corona de salida comprenden una
pluralidad de primeros miembros rotatorios en contacto de rodillo
con la corona de salida y con una superficie fijada radialmente
hacia fuera de la corona de salida, y una pluralidad de segundos
miembros rotatorios, cada uno de ellos montado en una posición
rotacional sobre el mismo eje como uno de los respectivos primeros
miembros rotatorios, en contacto de rodillo con el anillo de control
y con una superficie anular adicional ubicada radialmente hacia
fuera del anillo de control.
16. Una transmisión, tal y como se reivindica en
la reivindicación 15, donde los miembros rotatorios comprenden
rodillos en contacto por rozamiento de rodillo.
17. Una transmisión, tal y como se reivindica en
la reivindicación 15, donde los miembros rotatorios comprenden
engranajes.
18. Una transmisión, tal y como se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones comprendidas entre la 15 y la
17, donde la superficie anular adicional ubicada radialmente hacia
fuera del anillo de control puede ser desplazada angularmente,
controlando así la posición angular del anillo de control con
relación a la corona de salida.
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