ES2335670T3 - Transmision continuamente variable. - Google Patents
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Abstract
Un mecanismo que transmite par motor y velocidad de rotación desde un árbol de entrada hasta un árbol de salida de una manera continuamente variable, que comprende dos conjuntos de engranajes planetarios (18, 19; 46, 47) dispuestos en ejes paralelos, teniendo dichos conjuntos de engranajes planetarios dientes en los perímetros externos de sus coronas dentadas (4, 13; 32, 42) que engranan entre sí en sus perímetros externos, de tal manera que si una de dichas coronas dentadas rota en un sentido, la otra de dichas coronas dentadas rota en el sentido opuesto, afectando a las rotaciones de las otras piezas que constituyen cada conjunto de engranajes planetarios, incluyendo dichas piezas para cada conjunto de engranajes planetarios un engranaje solar (2, 11; 30, 41), engranajes planetarios (3, 12; 31, 43) y un portasatélites (5, 14; 33, 39), haciendo, de esta manera, una variación continua de la relación de transmisión que existe entre dos árboles centrales de los conjuntos de engranajes planetarios anteriormente mencionados, caracterizado porque dichos árboles centrales de los conjuntos de engranajes planetarios rotan en el mismo sentido de rotación, por medio de una disposición mecánica de tres engranajes (7, 8, 9; 35, 36, 37) del mismo o diferente diámetro.
Description
Transmisión continuamente variable.
La presente invención se refiere a una
transmisión continuamente variable (TCV), es decir, una transmisión
con una relación de par motor y velocidad de rotación entre un árbol
de entrada y un árbol de salida, que puede variarse
gradualmente.
La transmisión de la invención puede usarse, ya
sea en vehículos automóviles o en maquinaria industrial (tornos,
fresadoras, etc.) donde la transmisión de potencia se lleva a cabo
por medio de engranajes, lo que posibilita el tener una salida de
elevado par motor y también elevada velocidad de rotación si se
requiere.
Las transmisiones continuamente variables se
usan en particular en coches, scooters y máquinas industriales, a
los que se hará referencia en la siguiente descripción, sin
restringir, sin embargo, el campo de aplicación de la
invención.
En las transmisiones mecánicas conocidas, se han
descubierto diferentes soluciones, para obtener transmisiones que
tienen la característica de llevar a cabo una variación continua de
par motor y velocidad de rotación. Entre ellas, se pueden mencionar
las que funcionan por medio de fricción, transmitiendo la potencia a
radios variables, por medio de correas sobre conos, o por medio de
contacto físico de piezas rotativas.
Las transmisiones de esa clase son limitadas,
porque no pueden transmitir elevados pares motores cuando el
mecanismo es de pequeño tamaño, o en el caso opuesto, ocupan
demasiado espacio.
Otras soluciones aplicadas para lograr el efecto
de variación continua han sido las transmisiones de tipo
hidráulico, que modifican la relación entre la presión y el volumen
de flujo que corresponde a los árboles de entrada y salida. Las
transmisiones de esta clase suponen generalmente considerables
pérdidas de energía y, en ciertos casos, no tienen la posibilidad
de transmitir elevadas velocidades de rotación. El documento
US5800302A desvela las características del preámbulo de la
reivindicación 1.
También hay mecanismos asistidos, en los que,
además del motor principal, hay otro motor de menor potencia que
interviene en la transmisión, modificando el par motor y la
velocidad de rotación del árbol de salida. Se considera que la
presente invención está dentro de esta categoría, teniendo la
ventaja comparada con las transmisiones similares de la técnica
anterior, de que el motor adicional (denominado servomotor en este
documento) tiene un consumo de energía considerablemente menor que
el de un servomotor de una transmisión conocida similar, cuanto
ambos llevan a cabo el mismo trabajo.
El objetivo de la invención es proporcionar una
transmisión continuamente variable, capaz de transmitir elevados
pares motores y elevadas velocidades de revolución, ocupando un
espacio pequeño, que tiene la posibilidad de ser regulada
electrónicamente, lo que permite cumplir con requisitos específicos
de funcionamiento, ya sea en una aplicación industrial o
automotriz.
Una ventaja de esta invención, en comparación
con transmisiones conocidas similares, es que usa para su
funcionamiento un servomotor con menor consumo de energía y
requiriendo un menor espacio.
La Figura 1 es una vista en perspectiva del
montaje de una realización preferida de la transmisión continuamente
variable de par motor y velocidad de rotación según la
invención.
La Figura 2 es una vista en perspectiva de las
partes separadas de la realización preferida mostrada en la Figura
1. En este dibujo, los dientes de los engranajes no están
representados detalladamente sino que, en cambio, están simbolizados
por medio de líneas.
La Figura 3 es un diagrama del montaje de la
realización preferida mostrada en las Figuras 1 y 2, que delinea su
situación dentro de una carcasa y que muestra direcciones para el
control electrónico de esta realización.
La Figura 4 es una vista en perspectiva del
montaje de otra realización preferida de la transmisión
continuamente variable de par motor y velocidad de rotación según
esta invención.
La Figura 5 es una vista en perspectiva de las
partes separadas de la realización preferida mostrada en la Figura
4. En este dibujo, los dientes de los engranajes no están
representados detalladamente sino que, en cambio, están
simbolizados por medio de líneas.
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva del
montaje de una de las realizaciones preferidas del mecanismo de la
transmisión continuamente variable de par motor y velocidad de
rotación, que muestra la disposición general del mecanismo. Ese
mecanismo está caracterizado por dos conjuntos de engranajes
planetarios (18 y 19) que tienen dientes de engranajes en sus
perímetros externos, tres engranajes para la igualación del sentido
de rotación (7, 8 y 9), un servomotor (17), un engranaje del
servomotor (16), una pluralidad de árboles, entre los que están
identificados el árbol de entrada (1) y el árbol de salida (15).
La Figura 2 muestra una vista en perspectiva de
las partes separadas de las realizaciones preferidas mostradas en
la Figura 1. En ese dibujo, los dientes de los engranajes no están
representados detalladamente sino que, en cambio, están
simbolizados por medio de líneas. En la vista de la Figura 2, se
muestra la posición asimétrica de los portasatélites (5 y 14). Es
decir: mirando el plano perpendicular a los árboles de las coronas
dentadas (4 y 13), el portasatélites (5) está en un lado, y el
portasatélites (14) está en el otro lado.
El funcionamiento del mecanismo es el
siguiente:
El par motor y la velocidad de rotación, que se
desea que sean transformados de una manera continuamente variable,
son recibidos por el árbol (1), que está unido junto con, o
constituye una pieza con el engranaje solar (2). La rotación del
engranaje solar (2) se transmite a los engranajes planetarios (3),
que están situados sobre su periferia. El número de esos engranajes
planetarios puede variar. Puede haber uno o varios engranajes
planetarios, sin embargo, generalmente es aconsejable tener tres o
cuatro engranajes planetarios para conseguir una distribución
adecuada de la fuerza transmitida a ellos. Los engranajes
planetarios (3) engranan con los dientes internos de la corona
dentada (4), que son empujados en la dirección de la fuerza
tangencial impartida a ellos por los engranajes planetarios
anteriormente mencionados. Esta tendencia de rotación de la corona
dentada (4) es opuesta a la tendencia de rotación de la corona
dentada (13). La razón para esta oposición se verá más adelante en
este documento.
Cuando los engranajes planetarios (3) encuentran
un soporte en los dientes internos de la corona dentada (4), hacen
rotar el portasatélites (5), el árbol (6) y el engranaje (7). Estos
tres componentes están unidos entre sí. Es aconsejable hacer
desmontable el engranaje (7).
El engranaje (7) transmite su sentido de
rotación al engranaje (9) por medio del engranaje (8), y de esta
manera, los árboles (10 y 6) rotan en el mismo sentido de rotación,
observado en el mismo plano.
El árbol (10) es tubular y hace rotar el
engranaje solar (11) que está unido a él. Es aconsejable hacer esta
unión por medio de ranuras, para facilitar el montaje y desmontaje
de la corona dentada (13).
La rotación del engranaje solar (11) se
transmite a los engranajes planetarios (12), que engranan con los
dientes internos de la corona dentada (13), que son empujados en la
dirección de la fuerza tangencial impartida por esos engranajes
planetarios. La tendencia de rotación de la corona dentada (13) es
opuesta a la tendencia de rotación de la corona dentada (4), porque
el sentido de rotación del árbol (6) y el sentido de rotación del
árbol (10) se han hecho para ser iguales. Esta oposición de las
tendencias de rotación de las coronas dentadas (4 y 13) hace que
ambas coronas dentadas funcionen como soportes de los engranajes
planetarios (3 y 12), transmitiendo el par motor y la velocidad de
rotación, respectivamente a los portasatélites (5 y 14). De esta
manera, cuando los engranajes planetarios (12) encuentran un soporte
en los dientes internos de la corona dentada (13), hacen rotar el
portasatélites (14) y el árbol de salida (15), que está unido junto
con, o se considera que constituye una pieza con este
portasatélites.
El árbol de salida (15) pasa libremente a través
del árbol tubular (10) y el engranaje (9) para facilitar la
colocación de un motor en el lado del árbol (1), aunque este espacio
podría no ser necesario en ciertas aplicaciones, en las que el
árbol (10) no tiene que ser tubular y los árboles (1 y 15) están en
el mismo lado.
Como comprenderá fácilmente alguien experto en
la materia, el mecanismo hace dos reducciones del número de
vueltas, entre el árbol de entrada (1) y el árbol de salida (15) y,
por lo tanto, hace dos aumentos del par motor. La primera reducción
se logra en el conjunto de engranajes planetarios (18) y la segunda
reducción se logra en el conjunto de engranajes planetarios
(19).
Hasta ahora, se ha considerado que los
engranajes (7 y 9) tienen el mismo diámetro y número de dientes. Sin
embargo, esto puede variar, si se desea, y de esta manera se
modifica la magnitud de la relación de transmisión entre los
árboles (1 y 15). Ahora, la magnitud de la relación de transmisión
entre los árboles (1 y 15) puede modificarse de una manera
continuamente variable, haciendo rotar las coronas dentadas (4 y
13), por medio del engranaje (16), que se hace rotar en un sentido
de rotación o el otro mediante el servomotor (17).
El sentido de rotación y la velocidad de
rotación de este servomotor pueden regularse automáticamente.
La Figura 3 es un diagrama del montaje de la
realización preferida mostrada en las Figuras 1 y 2, que delinea su
situación dentro de una carcasa (22) y que muestra direcciones para
el control electrónico de esta realización.
\newpage
Ese diagrama muestra la potencia de entrada, por
medio de una flecha (20) en el árbol (1), y también muestra la
potencia de salida, de par motor y velocidad de rotación regulados
en el árbol (15), por medio de una flecha (21). Dentro de la
carcasa (22) es aconsejable la existencia de un fluido lubricante
(23), para reducir el desgaste y el sobrecalentamiento del
mecanismo. También es aconsejable colocar cojinetes en todas las
partes que lo requieran, y topes en los árboles que pasan a través
de la carcasa (22).
El servomotor (17) puede estar situado fuera de
la carcasa, aunque esto no es esencial, porque si es un motor
eléctrico (y es aconsejable) este motor puede trabajar dentro del
fluido lubricante, siempre que el fluido sea un aislante eléctrico.
El servomotor (17) puede ser regulado automáticamente por una unidad
de control electrónico (24) conectada a él por medio de cables
eléctricos (25).
Para conseguir una mejor eficiencia de la
transmisión y la posibilidad de usarla en un mayor número de
aplicaciones, es aconsejable tener sensores (26) para la
comprobación del funcionamiento interno de la transmisión, como
sensores de rotación de las piezas, sensores de la temperatura del
fluido lubricante, etc... La señal de los sensores puede ser
enviada por medio de cables eléctricos (27) a la unidad de control
electrónico (24). La unidad de control electrónico también puede
recibir información adicional, por medio de señales eléctricas o
electrónicas (28), que puede variar, dependiendo de la aplicación.
Por ejemplo, para uso industrial las señales pueden referirse a la
velocidad de rotación del motor y las órdenes dadas por el operador.
Para uso automotriz las señales pueden referirse a la velocidad de
rotación del motor, la velocidad del vehículo, la señal de
aceleración, etc...
En la explicación previa se ha mostrado que las
principales ventajas de esta transmisión son; la posibilidad de
transmitir elevados pares motores y elevadas velocidades de
rotación, la posibilidad de cumplir los requisitos de
funcionamiento o las órdenes de un operador, y la diversidad de
aplicaciones posibles.
La Figura 4 muestra una vista en perspectiva del
montaje de otra realización preferida del mecanismo de transmisión
continuamente variable de par motor y velocidad de rotación, en la
que puede verse la disposición general del mecanismo. Este
mecanismo está caracterizado por dos conjuntos de engranajes
planetarios (46 y 47) y que tienen dientes de engranajes en sus
perímetros externos, pueden verse tres engranajes para la igualación
del sentido de rotación (35, 36 y 37), un servomotor (45),
portasatélites (33 y 39). Es decir: mirando el plano perpendicular
a los árboles de las coronas dentadas (32 y 42), ambas coronas
dentadas están en el mismo lado.
El funcionamiento del mecanismo es el
siguiente:
El par motor y la velocidad de rotación que se
desea que sean transformados, de una manera continuamente variable,
son recibidos por el árbol (29), que está unido junto con, o
constituye una pieza con el engranaje solar (30). La rotación del
engranaje solar (30) se transmite a los engranajes planetarios (31),
que están situados sobre su periferia. El número de esos engranajes
planetarios puede variar. Puede haber uno o varios engranajes
planetarios, sin embargo, generalmente es aconsejable tener tres o
cuatro engranajes planetarios para conseguir una distribución
adecuada de la fuerza transmitida a ellos. Los engranajes
planetarios (31) engranan con los dientes internos de la corona
dentada (32), que son empujados en la dirección de la fuerza
tangencial impartida a ellos por los engranajes planetarios
anteriormente mencionados. Esta tendencia de rotación de la corona
dentada (32) es opuesta a la tendencia de rotación de la corona
dentada (42). La razón para esta oposición se verá más adelante en
este documento.
Cuando los engranajes planetarios (31)
encuentran un soporte en los dientes internos de la corona dentada
(32), hacen rotar el portasatélites (33), el árbol (34) y el
engranaje (35). Esos tres componentes están unidos entre sí. Es
aconsejable hacer desmontable el engranaje (35).
El engranaje (35) transmite su sentido de
rotación al engranaje (37) por medio del engranaje (36), y de esta
manera, los árboles (38 y 34) rotan en el mismo sentido de rotación,
observado en el mismo plano.
El árbol (38) es tubular y hace rotar el
portasatélites (39) que está unido a él o constituye una pieza.
La rotación del portasatélites (39) se transmite
a los engranajes planetarios (40), que engranan con los dientes
internos de la corona dentada (42), que tienen una tendencia a rotar
en la dirección de la fuerza tangencial impartida por estos
engranajes planetarios. La tendencia de rotación de la corona
dentada (42) es opuesta a la tendencia de rotación de la corona
dentada (32), porque el sentido de rotación del árbol (34) y el
sentido de rotación del árbol (38) se han hecho para ser iguales.
La oposición de las tendencias de rotación de las coronas dentadas
(32 y 42) hace que ambas coronas dentadas funcionen como soportes de
los engranajes planetarios (31 y 40). De esta manera, cuando los
engranajes planetarios (40) encuentran un soporte en los dientes
internos de la corona dentada (42), hacen rotar el engranaje solar
(41) y el árbol de salida (43), que está unido junto con, o se
considera que constituye una pieza con este engranaje solar.
El árbol de salida (43) pasa libremente a través
del árbol tubular (38) y el engranaje (37), para facilitar la
colocación de un motor en el lado del árbol (29), aunque este
espacio podría no ser necesario en ciertas aplicaciones, en las que
el árbol (38) no tiene que ser tubular y los árboles (29 y 43) están
en el mismo lado.
Como comprenderá fácilmente alguien experto en
la materia, cuando las coronas dentadas (32 y 42) no están rotando,
la reducción llevada a cabo por el conjunto de engranajes
planetarios (46) es contrarrestada por la multiplicación llevada a
cabo por el conjunto de engranajes planetarios (47), y por eso, en
ese caso la relación de transmisión entre el árbol de entrada (29)
y el árbol de salida (43) es 1:1.
Hasta ahora, se ha considerado que los
engranajes (35 y 37) tienen el mismo diámetro y número de dientes.
Sin embargo, esto puede variar, si se desea, y de esta manera se
modifica la magnitud de la relación de transmisión entre los
árboles (29 y 43). Ahora, la magnitud de la relación de transmisión
entre los árboles (29 y 43) puede modificarse de una manera
continuamente variable, haciendo rotar las coronas dentadas (32 y
43), por medio del engranaje (44), que se hace rotar en un sentido
de rotación o el opuesto mediante el servomotor (45).
El sentido de rotación y la velocidad de
rotación de este servomotor pueden regularse automáticamente,
dependiendo del uso para el que está pensado el mecanismo.
Aunque las características de funcionamiento de
esta segunda realización preferida son diferentes de las de la
primera realización, ambas realizaciones pueden tener las mismas
características constructivas generales y los mismos accesorios, y
también las mismas aplicaciones. Las diferencias entre estas dos
realizaciones son las que definen su uso, dependiendo de las
aplicaciones específicas para las que están pensadas.
Claims (3)
1. Un mecanismo que transmite par motor y
velocidad de rotación desde un árbol de entrada hasta un árbol de
salida de una manera continuamente variable, que comprende dos
conjuntos de engranajes planetarios (18, 19; 46, 47) dispuestos en
ejes paralelos, teniendo dichos conjuntos de engranajes planetarios
dientes en los perímetros externos de sus coronas dentadas (4, 13;
32, 42) que engranan entre sí en sus perímetros externos, de tal
manera que si una de dichas coronas dentadas rota en un sentido, la
otra de dichas coronas dentadas rota en el sentido opuesto,
afectando a las rotaciones de las otras piezas que constituyen cada
conjunto de engranajes planetarios, incluyendo dichas piezas para
cada conjunto de engranajes planetarios un engranaje solar (2, 11;
30, 41), engranajes planetarios (3, 12; 31, 43) y un portasatélites
(5, 14; 33, 39), haciendo, de esta manera, una variación continua
de la relación de transmisión que existe entre dos árboles centrales
de los conjuntos de engranajes planetarios anteriormente
mencionados,
caracterizado porque dichos árboles
centrales de los conjuntos de engranajes planetarios rotan en el
mismo sentido de rotación, por medio de una disposición mecánica de
tres engranajes (7, 8, 9; 35, 36, 37) del mismo o diferente
diámetro.
2. Un mecanismo, según la Reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que además comprende un
servomotor (17, 45) que hace rotar las coronas dentadas de los
conjuntos de engranajes planetarios, por medio de un engranaje,
modificando la relación de transmisión que existe entre los árboles
centrales de los conjuntos de engranajes planetarios.
3. Un mecanismo según la Reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que tiene, además, una unidad
de control automático (24) que gobierna el par motor y la velocidad
de rotación del servomotor.
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|---|---|---|---|
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