ES2353539A1 - Caja de cambios de variación continua. - Google Patents
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Abstract
Caja de cambios de variación continua consistente en un elemento intermedio de transmisión (3), simétrico respecto a su plano central y que gira libremente alrededor de su eje de revolución, que recibe el giro de un elemento cónico de entrada (1) y lo transmite a un elemento cónico de salida (2). El elemento intermedio de transmisión (3) puede desplazarse a lo largo de las caras de los elementos cónicos variando en el proceso la relación de transmisión entre ellos y con ello también la característica par-velocidad del giro. El elemento intermedio de la transmisión (3) puede montar en la periferia de sus caras cónicas unos rodamientos (4) que le permiten transmitir el giro entre los elementos cónicos y a la vez desplazarse a lo largo de sus superficies cónicas variando en el proceso la relación de transmisión entre los elementos cónicos con el mínimo esfuerzo.
Description
Caja de cambios de variación continua.
La invención se refiere a un sistema de
transmisión continua variable para vehículos de motor que puede
adoptar cualquier relación de transmisión entre una máxima y una
mínima fijadas en el diseño.
En el estado de la técnica son conocidos los
sistemas de transmisión continuos variables siguientes:
- -
- Sistemas hidráulicos. Usan bombas de desplazamiento variable.
- -
- Sistemas basados en transmisión por correa, normalmente entre dos poleas de radio variable con correa de longitud constante.
- -
- Sistemas basados en ruedas de contacto sin engranajes que suelen ser perpendiculares y se transmiten la potencia entre ellas mediante la fricción que proporciona un líquido especial que aumenta su viscosidad al ser sometido a presión.
- -
- Sistemas oscilantes. Convierten el giro rotacional en uno oscilante lineal y luego lo vuelven a convertir a rotacional variando la relación de transmisión en el proceso.
Pueden resumirse en los siguientes puntos:
- -
- Permite variar la relación de transmisión sin utilizar un embrague.
- -
- Infinitas relaciones de cambio entre las dos de diseño.
- -
- La fuerza necesaria para variar la relación de transmisión es pequeña.
La aplicación industrial más clara puede estar
en el sector de la automoción pero también puede servir en cualquier
sistema que precise una conversión fuerza-velocidad
continuamente variable.
- La Figura 1 es un esquema de los principios en
que se basa la invención.
- La Figura 2 es una vista para apreciar la
situación de los elementos más importantes.
- La Figura 3 es una vista de perfil de los
elementos más importantes de la invención dispuestos en la posición
de máxima velocidad del elemento cónico de salida (2).
- La Figura 4 es una vista de perfil de los
elementos más importantes de la invención dispuestos en la posición
de máxima fuerza disponible en el elemento cónico de salida (2).
- La Figura 5 es una vista en perspectiva del
elemento intermedio de transmisión (3) y los soportes (5 y 6) que
podrían sujetarlo en una posible realización técnica antes y después
de su montaje.
- La Figura 6 es una explosión tridimensional de
una posible realización técnica con cuatro elementos cónicos de
entrada (1) con sus respectivos cuatro elementos intermedios de
transmisión (3 y 4) y sus carcasas (5 y 6), además de la pieza guía
(10) sobre la que se deslizarán las carcasas del los elementos
intermedios de la transmisión y las cadenas (8) que tirarán de
ellos. También está la corona dentada de entrada (7) que
sincronizara los cuatro conos de entrada (1) con su giro y el motor
eléctrico (11) que moverá las cadenas para variar la relación de
transmisión.
- La Figura 7 es una explosión tridimensional de
los elementos de la Figura 6 ya acoplados y las carcasas (12 y 13)
sobre las que podrían apoyarse en una posible realización
técnica.
- La Figura 8 es un esquema con una posible
variación del ángulo de contacto entre los distintos elementos con
respecto a la Figura 1.
- La Figura 9 está compuesta por los dos tipos
de rodamientos propuestos para la invención.
\newpage
El de la izquierda seria rígido y se apoyaría en
todo su contorno sobre el elemento intermedio de transmisión (3) que
lo contiene.
El de la derecha es una variación en la que el
rodamiento tiene una cubierta de un material elástico y solo se
apoyaría internamente en el elemento intermedio de transmisión con
sus extremos desnudos.
El objetivo de la patente es el diseño de un
variador continuo de par-velocidad angular.
Los elementos principales son los sólidos de
revolución formados con los perfiles de la Figura 1 rotados
alrededor de los ejes de giro particulares de cada uno.
El sistema cuyo esquema se presenta en la Figura
1 permite transformar un par de entrada Pe a una velocidad angular
We en otro par de salida Ps a una velocidad angular Ws.
En la Figura 1 se puede apreciar que el radio
del elemento cónico de entrada Rce1 es mayor que Rce2 por lo tanto
las velocidades lineales en los puntos superficiales del elemento
cónico de entrada (1) en contacto con el elemento intermedio de
transmisión (3) serán diferentes.
Para compatibilizar las diferentes velocidades
lineales de giro, el radio del elemento intermedio de transmisión
Rt1 en contacto con Rce1 debe ser mayor que Rt2 en contacto con Rce2
para que ambos puntos de contacto aporten una velocidad angular Wi
lo mas similar posible al elemento intermedio de transmisión (3),
con esto se consigue minimizar el arrastre de unos planos sobre
otros por diferencias de velocidades y con ello se reduce el
desgaste y la incompatibilidad de velocidades de giro.
El proceso de transmisión del giro del elemento
intermedio de transmisión (3) al elemento cónico de salida (2) es
similar al anterior como se aprecia en la Figura 1 ya que el
elemento intermedio de transmisión (3) comunica sus velocidades
lineales simétricamente con respecto a su plano de simetría central
normal a su eje de revolución.
Las relaciones puntuales entre la entrada y la
salida del sistema son:
Velocidad
angular de salida = (Rce/Rcs)*Velocidad angular de
entrada
Par motor de
salida = (Rcs/Rce)*Par motor de
entrada
Para variar las velocidades angulares entre los
elementos cónicos de entrada y salida basta con desplazar el
elemento intermedio de transmisión (3) como se aprecia en las
Figuras 3 y 4.
Como lo que se pretende es que el cambio de
relación de transmisión se produzca con el mínimo esfuerzo posible
se plantea la posibilidad de añadir al elemento intermedio de
transmisión (3) unos rodamientos cilíndricos (4) que sobresalen
parcialmente de la periferia de sus caras cónicas simétricas sobre
las que están dispuestos radialmente y con sus ejes propios de giro
perpendiculares al eje de giro del mismo. Con esta disposición se
consigue establecer la transmisión del giro entre el elemento
intermedio de transmisión (3) y los elementos cónicos (1 ó 2) sobre
los que hacen contacto permitiendo, a la vez, al elemento intermedio
de transmisión (3) desplazarse sobre las superficies de los
elementos cónicos con el mínimo esfuerzo y variando, con ello, la
relación de transmisión del sistema.
Estos rodamientos tienen un diseño de su
curvatura superficial tal que están constantemente en contacto con
los elementos cónicos (1 ó 2) durante el giro a pesar de estar
girando con el elemento intermedio de transmisión (3) sobre el que
van montados y también rotando sobre su eje de revolución propio
cuando se requiera.
Los puntos que forman la curvatura lateral del
rodamiento quedan definidos por la mínima distancia entre el eje de
giro propio del mismo y la cara lateral del elemento cónico (1 ó 2)
con el que va a contactar durante el giro. Hallando todas las
mínimas distancias (son distintas para cada posición del eje de giro
propio de los rodamientos debido al movimiento traslacional
alrededor del eje de giro del elemento intermedio de transmisión
(3)) y revolucionándolas alrededor del eje de giro propio del
rodamiento (estas mínimas distancias son perpendiculares al mismo)
se obtiene el cuerpo del rodamiento (solo se necesitan las mínimas
distancias correspondientes a la longitud de diseño del eje de giro
del rodamiento). Esto asegura que todos los puntos de la cara
lateral del rodamiento solo van a hacer contacto con el elemento
cónico (1 ó 2) cuando la distancia sea exactamente el radio de giro
de cada punto sobre el eje de giro propio del rodamiento común a
todos los puntos de la curva lateral del mismo.
Como se aprecia también en las Figuras 2, 3, 4 y
5 los rodamientos (4), a un lado y al otro del plano de simetría
central del elemento intermedio de transmisión (3), están desfasados
un cierto ángulo con respecto al eje central de giro, esto es así
para asegurar que en todo momento por lo menos alguno de los grupos
de rodamientos del elemento intermedio de transmisión (3) este en
contacto con los elementos cónicos ya que si el montaje de los
rodamientos fuera simétrico cuando por el giro se pase por la zona
de separación entre rodamientos (4) de un mismo grupo, donde se
pierde el contacto entre los elementos cónicos (1 ó 2) y los
rodamientos (4) del elemento intermedio de transmisión (3), este se
quedaría sin recibir el giro de ningún elemento cónico y esto
provocaría vibraciones indeseables y malfuncionamiento. Por otra
parte esto sugiere la necesidad de que exista más de un elemento
cónico por lo menos en alguno de los ejes de la caja para que en el
instante en el que el elemento cónico que aporta potencia no toca al
rodamiento, este sea arrastrado por la potencia aportada por otro
elemento cónico a través de su correspondiente elemento intermedio
de transmisión que tendrá sus rodamientos desfasados con respecto al
resto de elementos intermedios de transmisión para asegurar el
movimiento continuo del sistema.
- Para transmitir el giro entre las superficies
lisas de los elementos cónicos y el elemento intermedio de la
transmisión se plantean dos posibilidades:
- 1-
- Usar un tipo de fluido de fricción que tiene la particularidad de aumentar su viscosidad al ser sometido a presión. Lo que se consigue es un efecto de cuña y arrastre entre las superficies de los elementos cónicos (1 y 2) y las del elemento intermedio de la transmisión (3) (o los rodamientos (4) si se usan) cuando el fluido pasa por el pequeño espacio que queda entre ambas. Naturalmente si se usa esta solución hay que conseguir aislar adecuadamente todas las superficies que deslicen unas sobre las otras (rodamientos, guías, etc.) ya que si penetrara el fluido especial en ellas dejarían de cumplir su función con desastrosas consecuencias. Esto requiere por lo tanto unas piezas con unas tolerancias muy bajas y muy buenos procesos de fabricación para conseguir la ausencia de poros y holguras en ellas.
- 2-
- Recubrir tanto la superficie de los elementos cónicos (1 y 2) como la del elemento intermedio de transmisión (3) (o la de los rodamientos (4) si se usan) con materiales especiales elásticos y rugosos, y montar ambos elementos presionados el uno contra el otro para conseguir crear el rozamiento suficiente para que se produzca el arrastre. En el caso de existir rodamientos (4) el nuevo rodamiento se apoyaría solo en sus extremos salientes desnudos (Figura 9, derecha) sobre el elemento intermedio de la transmisión (3) sobre el que va montado y existirá una cierta holgura entre la parte recubierta de goma y este para evitar las perdidas por rozamiento entre los elementos. Esta solución tendría la ventaja de absorber con la deformación del material las diferencias de velocidad en cada punto de contacto tal y como hace un neumático de automóvil con la carretera en la que se apoya al tomar una curva. En su contra tendría que al igual que en el neumático habría que sustituir los recubrimientos de los rodamientos y de los elementos cónicos cada cierto tiempo debido a su desgaste.
- Se puede variar el ángulo relativo entre las
caras de los elementos cónicos y el elemento intermedio de
transmisión, como se aprecia en la Figura 8, hasta encontrar el que
mejor se adapte a la disposición de los elementos.
La invención se describirá ahora por medio de
una posible realización con ayuda de las Figuras 5, 6 y 7.
Para sujetar al elemento intermedio de
transmisión en el proceso de transmisión del giro entre los
elementos cónicos, y en el de desplazamiento del mismo para variar
la relación de transmisión, se disponen unas carcasas (5 y 6) sobre
las que ira sujeto por medio de rodamientos y estas agarradas entre
sí por tornillos y/o pasadores. Estas carcasas (5 y 6) están
diseñadas con unos salientes que sujetaran el conjunto al elemento
guía (10) que tiene tallada en su interior la forma exacta para
dejar a las carcasas (5 y 6) y al elemento intermedio de transmisión
(3) que contienen deslizarse a lo largo de las caras de los
elementos cónicos variando con ello la relación de transmisión en el
proceso.
El tope superior de desplazamiento lo marcan las
tapas de la guía (9) que tienen tallada en su cara interior la forma
de la carcasa superior (5). Estas tapas van fijadas por
tornillos.
Como se aprecia en la Figura 6 se ha escogido
una configuración de los elementos anteriores por cuadruplicado para
asegurar la mejor transmisión de la potencia entre los elementos de
la caja de cambios, por el contrario el volumen ocupado es el mayor
de los posibles.
Para desplazar el elemento intermedio que varía
la relación de transmisión a lo largo de los elementos cónicos se
utilizara una cadena (8) abierta que se agarrara en ambos extremos a
las carcasas 5 y 6. Esta cadena discurrirá libremente por el
elemento guía (10) y por las tapas de la guía (9) que llevaran
agujereado en su interior el espacio necesario para ello.
En su parte más baja el elemento guía (10)
dejara sobresalir las cadenas de su interior lo suficiente para que
pueda engranar sobre ellas el motor eléctrico (11). Este motor
engranara con las cuatro cadenas a la vez y las desplazara
simultáneamente en su giro a izquierda o derecha según se quiera
aumentar o disminuir la relación de transmisión. Para asegurar la
sincronización de los cuatro elementos cónicos de entrada (1) se
utiliza un disco dentado que recibe el giro de la planta motora y lo
transmite simultáneamente a los elementos cónicos (1) a través de
los piñones que llevan en su parte delantera.
Los elementos que sujetaran el conjunto entre sí
y al chasis del vehículo serán las carcasas (12 y 13) como se
aprecia en la Figura 7.
Claims (7)
1. Caja de cambios de variación continua
caracterizada por un elemento intermedio de transmisión (3),
simétrico respecto a su plano central y que gira libremente
alrededor de su eje de revolución, que recibe el giro por contacto
de una de sus caras cónicas simétricas con un elemento cónico de
entrada (1) y lo transmite por su otra cara cónica simétrica a un
elemento cónico de salida (2). El elemento intermedio de transmisión
(3) puede desplazarse a lo largo de las caras de los elementos
cónicos (manteniéndose estos fijos y en contacto continuo con él)
variando en el proceso la relación de transmisión entre ellos y con
ello también la característica par-velocidad del
giro.
2. Caja de cambios de variación continua según
reivindicación 1, caracterizada porque al elemento intermedio
de transmisión (3) se le añaden a su estructura unos rodamientos
cilíndricos (4) que sobresalen parcialmente de la periferia de sus
caras cónicas simétricas sobre las que están dispuestos radialmente
y con sus ejes propios de giro perpendiculares al eje de giro del
elemento intermedio de transmisión (3). Con esta disposición se
consigue establecer la transmisión del giro entre el elemento
intermedio de transmisión (3) y los elementos cónicos (1 ó 2) sobre
los que hacen contacto permitiendo, a la vez, al elemento intermedio
de transmisión (3) desplazarse sobre las superficies de los
elementos cónicos con el mínimo esfuerzo y variando, con ello, la
relación de transmisión del sistema.
Estos rodamientos tienen un diseño de su
curvatura superficial tal que están constantemente en contacto con
los elementos cónicos (1 ó 2) durante el giro a pesar de estar
girando con el elemento intermedio de transmisión (3) sobre el que
van montados y también rotando sobre su eje de revolución propio
cuando se requiera.
Los puntos que forman la curvatura lateral del
rodamiento quedan definidos por la mínima distancia entre el eje de
giro propio del mismo y la cara lateral del elemento cónico (1 ó 2)
con el que va a contactar durante el giro. Hallando todas las
mínimas distancias (son distintas para cada posición del eje de giro
propio de los rodamientos debido al movimiento traslacional
alrededor del eje de giro del elemento intermedio de transmisión
(3)) y revolucionándolas alrededor del eje de giro propio del
rodamiento (estas mínimas distancias son perpendiculares al mismo)
se obtiene el cuerpo del rodamiento (solo se necesitan las mínimas
distancias correspondientes a la longitud de diseño del eje de giro
del rodamiento). Esto asegura que todos los puntos de la cara
lateral del rodamiento solo van a hacer contacto con el elemento
cónico (1 ó 2) cuando la distancia sea exactamente el radio de giro
de cada punto sobre el eje de giro propio del rodamiento común a
todos los puntos de la curva lateral del mismo.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Caja de cambios de variación continua según
reivindicación 1, caracterizada por que el ángulo relativo
entre los ejes de rotación de los elementos cónicos (1 y 2) y el del
elemento intermedio de transmisión (3) puede ser variable lo que
hará variar consecuentemente el ángulo de las caras cónicas del
elemento intermedio de transmisión (3) para poder seguir contactando
con los elementos cónicos (1 y 2).
4. Caja de cambios de variación continua según
reivindicaciones 1 y 2, caracterizada por que los elementos
rotativos que transmiten/reciben el giro (1, 2, 3 ó 4) pueden estar
recubiertos, en sus zonas de contacto, de un material elástico o ser
totalmente rígidos dependiendo de si se va a transmitir el giro por
rozamiento puro entre los elementos o con la ayuda de un fluido de
fricción respectivamente.
5. Caja de cambios de variación continua según
reivindicación 2, caracterizada por que los grupos de
rodamientos a un lado y al otro del plano central de simetría,
normal al eje de giro, del elemento intermedio de transmisión (3)
están desfasados angularmente para asegurar que en todo momento, por
lo menos, alguno de los elementos cónicos (1 y/o 2) esté en contacto
con el elemento intermedio de transmisión (3) aunque en un instante
determinado en uno de los grupos de rodamientos que contactan con un
elemento cónico se pierda el contacto por estar pasando por la zona
de separación entre rodamientos de un mismo grupo.
6. Caja de cambios de variación continua según
reivindicación 1 caracterizada por un sistema de sujeción del
elemento intermedio de transmisión (3) compuesto por una carcasa
dividida en dos partes (5 y 6) que contiene al elemento intermedio
de transmisión (3) al que permite el giro sobre sí mismo en su
interior mientras la carcasa permanece fija. Esta carcasa dispone de
unos huecos, por los que deja sobresalir parcialmente al elemento
intermedio de la transmisión para que pueda contactar con los
elementos cónicos (1 y 2), y debe soportar todas las fuerzas a que
está sometido el elemento intermedio de la transmisión (3) y
transportarlo a lo largo de las superficies laterales de los
elementos cónicos variando la relación de transmisión en el
proceso.
7. Caja de cambios de variación continua según
reivindicaciones 1, 2 y 6 caracterizada por que el elemento
intermedio de transmisión (3), sus rodamientos (4) y carcasas (5 y
6), y los elementos cónicos (1 ó 2) aparecen repetidos y
distribuidos radialmente alrededor del uno de los elementos cónicos
(1 ó 2) de tal forma que se minimiza la potencia que tienen que
soportar y transmitir repartiéndola entre todos, y con ello se
consigue una transmisión de potencia y un giro más regular entre el
eje de entrada y el de salida de la caja.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES200800671A ES2353539B1 (es) | 2008-10-29 | 2008-10-29 | Caja de cambios de variación continua. |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ES200800671A ES2353539B1 (es) | 2008-10-29 | 2008-10-29 | Caja de cambios de variación continua. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2353539A1 true ES2353539A1 (es) | 2011-03-03 |
| ES2353539B1 ES2353539B1 (es) | 2012-01-25 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200800671A Active ES2353539B1 (es) | 2008-10-29 | 2008-10-29 | Caja de cambios de variación continua. |
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2008
- 2008-10-29 ES ES200800671A patent/ES2353539B1/es active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2353539B1 (es) | 2012-01-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2353539 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20120125 |