ES2425882T3 - Transmisión continuamente variable con freno - Google Patents
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Abstract
Una transmisión para un vehículo de ruedas, teniendo la transmisión una entrada (14) giratoria capaz de ser accionada por una fuente de energía rotativa, una salida (16) giratoria capaz de accionar una rueda (22) de un vehículo, y una unidad (20) de transmisión acoplada entre la entrada giratoria y la salida giratoria para transferir el accionamiento entre ellas con una relación de velocidad que es continuamente variable a través de una gama que incluye: relaciones negativas, proporcionando una inversión del sentido de giro entre la entrada giratoria y la salida giratoria; relaciones positivas, en las que la entrada giratoria y la salida giratoria giran en el mismo sentido; y una relación de punto muerto del engranaje, en la que la salida giratoria es estacionaria; estando caracterizada la transmisión porque comprende además un freno (32) para el frenado de la salida giratoria y un dispositivo (59, 60) de control adaptado para aplicar el freno cuando la relación de velocidad se establece en la relación del punto muerto del engranaje, y para liberar el freno cuando la relación de velocidad se ajusta lejos de la relación del punto muerto del engranaje.
Description
Transmision continuamente variable con freno
La presente invencion se refiere a mejoras en transmisiones continuamente variables que son capaces de proporcionar una reduccion de velocidad infinita ("punto muerto del engranaje").
La figura 1 representa, simplemente a modo de ejemplo y de forma muy esquematica, una transmision asi. La caja 10 representa un variador - es decir, un dispositivo que tiene una entrada 6 giratoria al variador, una salida 8 giratoria del variador y un mecanismo para la transferencia del accionamiento entre las dos con una relacion de velocidad (la "relacion del variador") que se puede variar continuamente (sin escalonamientos) a lo largo de un intervalo finito. En la tecnica se conocen variadores de numerosos tipos diferentes. El variador puede ser, por ejemplo, un dispositivo de traccion de pista de rodadura toroidal como se describe en la solicitud de Torotrak (Development) Ltd publicada en Reino Unido GB 2423122 y su homologo PCT WO 2006084905. La caja 12 representa un engranaje epicicloide (planetario). La construccion general de estos engranajes es bien conocida y no se describira en este documento, mas alla de senalar que comprenden, de forma convencional, un engranaje solar central acoplado con engranajes planeta que estan montados sobre un portador (portaplanetas) y que se acoplan a su vez con un engranaje anular externo (corona). El portador esta acoplado a traves de engranajes R1 a una entrada 14 de rotacion de la transmision. El engranaje solar esta acoplado a traves del variador 10 y los engranajes R2 a la misma entrada 14 de la transmision. El engranaje anular se acopla a traves de los engranajes R3 a una salida 16 de rotacion de la transmision.
La entrada 14 de la transmision estaria tipicamente acoplada a alguna fuente de accionamiento rotativo, tal como el motor de combustion interna de un vehiculo automovil. La salida 16 de la transmision se conectaria a algun punto de utilizacion de la energia, tal como las ruedas motrices del vehiculo. La transmision sirve para transferir la energia motriz entre los dos. La relacion de la velocidad de salida de la transmision a la velocidad de entrada de la transmision es una funcion de la relacion del variador, y es por lo tanto continuamente variable.
El engranaje en una transmision de este tipo esta disenado normalmente de manera que exista una cierta relacion del variador (la "relacion del variador del punto muerto del engranaje") en la que las velocidades del portaplanetas y engranajes solares se anulan entre si, dejando la corona y la salida 16 de la transmision, estacionarias, a pesar del hecho de que permanezcan mecanicamente acopladas a la entrada 14 de rotacion de la transmision. Esta es la reduccion de la velocidad infinita anteriormente mencionada y las transmisiones que tienen este servicio se refieren a veces a ellas como "transmisiones infinitamente variables". Relaciones del variador a un lado de la relacion del variador del punto muerto del engranaje proporcionan la rotacion de la salida 16 de la transmision en una direccion (por ejemplo, marcha hacia delante de un vehiculo automovil). Relaciones del variador al otro lado del punto muerto del engranaje proporcionan la rotacion de la salida de la transmision en la direccion opuesta (marcha atras).
Si se define la relacion de velocidad de la transmision como la velocidad de giro de su salida dividida por la de su entrada y se toma la rotacion en una direccion como positiva y la rotacion en la otra direccion como negativa, entonces la relacion de velocidad es positiva cuando la entrada de la transmision gire en el mismo sentido y negativa cuando giren en direcciones opuestas.
Otras transmisiones de vehiculos requieren normalmente un embrague u otros medios mecanicos para desacoplar el motor de las ruedas cuando el vehiculo permanece en reposo y para acomodar un desajuste inicial de velocidades entre el motor y la transmision durante el lanzamiento del vehiculo. Una transmision infinitamente variable, sin embargo, hace que sea posible detener el vehiculo y que se mueva desde el reposo, sin necesidad de ningun dispositivo de lanzamiento, simplemente mediante el ajuste apropiado de la relacion del variador.
Cabe senalar que la disposicion particular representada en la figura 1 se presenta simplemente con el fin de ilustrar los principios generales y de ninguna manera es la unica disposicion adecuada para la aplicacion de una transmision infinitamente variable.
Puede surgir un problema en relacion con los cambios de velocidad del motor. Supongamos que el vehiculo esta parado, la transmision esta en punto muerto del engranaje y el motor esta en ralenti. Entonces el conductor incrementa bruscamente la velocidad del motor, en preparacion del lanzamiento del vehiculo, pero no ajusta todavia la relacion del variador. Puesto que la relacion permanece en su posicion de punto muerto, lo que espera el conductor es que ningun par de torsion se ejerza todavia sobre las ruedas del vehiculo. Sin embargo, inercias dentro de la transmision se tienen que acelerar junto con el motor. Estas inercias se acoplan mecanicamente a la salida 16 de la transmision. El par necesario para acelerar las inercias se hace reaccionar en parte a la salida de la transmision y, en consecuencia, se experimenta brevemente un par de torsion en las ruedas del vehiculo, provocando potencialmente que el vehiculo de tirones hacia delante o hacia atras.
Otro problema puede surgir si la transmision no se ajusta con precision a la posicion de punto muerto del engranaje cuando el conductor lo requiere, en cuyo caso se puede producir un ligero desplazamiento no deseado del vehiculo.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invencion, existe una transmision para un vehiculo de ruedas, transmision que tiene un par de entrada accionado por una fuente de potencia rotativa, un par de salida para accionar las ruedas de un vehiculo, y una unidad de transmision acoplada entre el par de entrada y el par de salida para transferir el accionamiento entre ellos para una relacion de velocidad que es continuamente variable a traves de una gama que incluye relaciones negativas, que proporcionan una inversion del sentido de rotacion entre el par de entrada y el par de salida, relaciones positivas, en las que el par de entrada y el par de salida giran en la misma direccion, y una relacion de punto muerto del engranaje, en la que el par de salida es estacionario, se caracteriza ademas la transmision porque comprende un freno para frenar el par de salida y un dispositivo de control adaptado para aplicar el freno cuando la relacion de velocidad se establece en la relacion de punto muerto del engranaje y para liberar el freno cuando la relacion de velocidad se ajusta lejos de la relacion del punto muerto del engranaje.
Las realizaciones especificas de la presente invencion se describiran ahora, solamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompanan, en los cuales:
la figura 1 es una representacion esquematica de los principales componentes de una transmision infinitamente variable;
la figura 2 es una vista de un mecanismo de freno que incorpora la presente invencion;
las figuras 3 y 4 son dos puntos de vista de parte del mismo mecanismo de freno, que muestran perfiles alternativos de una ranura de guia;
la figura 5 es una vista de un desarrollo del mecanismo de freno, que incorpora una funcion de freno de aparcamiento, vista desde arriba;
la figura 6 ilustra el mecanismo de la figura 5, visto desde un lado;
la figura 7 es una vista desde arriba y hacia un lado de una transmision de vehiculo que incorpora la presente invencion y que incorpora el mecanismo de freno de la figura 2, y ademas incluye un dispositivo mecanico para el control de la transmision y del freno;
la figura 8 muestra un solo lado de la disposicion de la figura 7, a una escala mayor ; y,
la figura 9 es una vista desde un lado de la disposicion de la figura 7.
El mecanismo 20 ilustrado en las figuras 2-4 forma un disco de freno que se aplica automaticamente cuando la transmision esta en punto muerto del engranaje y se libera en otros momentos.
El mecanismo 20 de freno ha sido desarrollado para utilizar en un vehiculo agricola de construccion simple, concretamente una cortadora de cesped del tipo "montar encima". En este vehiculo las ruedas del lado izquierdo y las del lado derecho se accionan desde un motor comun a traves de respectivas transmisiones cuyas relaciones de velocidad (es decir, la relacion de la velocidad del motor respecto a la velocidad de la rueda) son variables de forma continua e independiente. Un vehiculo asi se puede dirigir simplemente por medio del ajuste de las relaciones de transmision, y puede ser altamente maniobrable. Por ejemplo mediante el establecimiento de las transmisiones para hacer que las ruedas del vehiculo giren en direcciones opuestas a velocidades iguales se puede hacer que el vehiculo gire sobre si mismo, una operacion conocida como un "un giro de radio cero".
Ambas transmisiones del vehiculo incorporan, segun la presente invencion, un mecanismo 20 de freno, que se monta adyacente a una rueda (no mostrada) del vehiculo motor e incorpora un eje 22 de rueda que lleva la rueda del vehiculo y es la salida final de la transmision. El mecanismo de freno se monta en una carcasa 24 principal, vista en la figura 6 que tiene en su parte delantera una superficie 26 de montaje a la que se fija una unidad de transmision continuamente variable con su eje de salida que sobresale a traves de una abertura 28 en la pared de la carcasa para acoplarse con un primer engranaje 30 montado capaz de girar dentro de la carcasa 24 principal. La unidad de transmision no se muestra en las figuras 2 a 6, pero las figuras 7 y 8 muestran la carcasa 24 principal montada en la unidad 70 de transmision de esta manera.
Ocultos dentro de la carcasa 24 principal se encuentran un segundo engranaje (no visto), loco, que engrana con el primer engranaje 30, y un tercer engranaje (no visto), de salida, que engrana con el engranaje loco y acciona el eje 22 de la rueda. Los engranajes primero a tercero son de tamanos ascendentes y forman un tren de engranajes que proporciona una reduccion de velocidad en el eje 22 de la rueda.
Se ve en la figura 2 un disco 32 de freno que tiene un orificio central ranurado a traves del cual se monta sobre un eje (omitido en el dibujo para mayor claridad) que se extiende hacia dentro y gira junto con el engranaje loco. El frenado del disco 32 frena por lo tanto el tren de engranajes anteriormente mencionado, y por consiguiente el eje 22 de la rueda. El freno podria actuar, en principio, sobre un componente diferente de la transmision pero en el ejemplo concreto ilustrado el frenado del engranaje loco proporciona la mejor opcion, al no ser excesivos ni la velocidad de rotacion ni el par en este punto. A ambos lados del disco 32 de freno se encuentran montadas pastillas de freno, aunque ambas estan ocultas en los dibujos. Una se lleva a cabo en una placa 34 fijada a la carcasa 24 principal. La otra se lleva a cabo mediante un bloque 36 en forma de "L" que forma parte de una palanca 38 de freno, el movimiento de la cual hace que el freno se aplique y se libere. La palanca 38 de freno ademas comprende un brazo 40 fijado al bloque 36 por ejemplo mediante soldadura. Tiene un punto de apoyo formado por un pasador 42 recibido por el bloque 36 en forma de "L".
El brazo 40 es acodado en 44 para pasar a traves de un espacio abierto en una placa 46 de pivote fijo fijada a la carcasa 24 principal y termina en una placa 48 de extremo vertical que monta un pasador 50 de pivote. El pasador 50 de pivote se extiende a traves de un orificio en la placa 46 de pivote y se hace prisionero mediante una tuerca 52 en el lado opuesto de la placa 46 de pivote desde el extremo de la placa 48. Instalados sobre el pasador 50 de pivote, entre la placa 46 de pivote fijo y el extremo de la placa 48, se encuentran (i) una parte 53 de manguito de una palanca 54 de control y (ii) un resorte 56 helicoidal. El resorte 56 esta pretensado a compresion entre la placa 46 de pivote y la palanca 54 de control y su fuerza se puede transferir a traves de la palanca de control al extremo de la placa 48 para aplicar el freno. Sin embargo la fuerza del muelle puede aliviarse selectivamente, para liberar el freno, como se explicara a continuacion.
La palanca 54 de control coopera con un pasador 58 de leva montado en y que sobresale radialmente desde el pasador 50 de pivote para formar un mecanismo de leva que controla la palanca de freno 38. Su parte 53 de manguito tiene una superficie 59 de leva (ver las figuras 3 y 4 en particular), formada en esta realizacion dentro de una ranura 60, que se extiende sobre el pasador 58 de leva y esta presionando contra ella por la accion del muelle
56. La superficie 59 puede estar formada por ejemplo con una distension 62, como en la figura 3, o con una forma de "V" como en la figura 4. En cualquiera de los casos, sera evidente que girar la palanca 54 de control hace mover la palanca 54 de control a lo largo del pasador 50 de pivote, liberando el muelle que presiona desde el extremo de la placa 48 y permitiendo que la palanca 38 de freno gire ligeramente y asi liberar el freno. El perfil de la superficie 59 de leva se elige para proporcionar una caracteristica de freno deseada. El perfil de la figura 3, por ejemplo, facilita una aplicacion relativamente abrupta de freno en el punto muerto del engranaje. El perfil en "V" de la figura 4 facilita una aplicacion y liberacion del freno mas graduada.
Un ajustador 68 capaz de roscarse se acopla en el bloque 36 en forma de L y actua sobre la pastilla de freno adyacente, permitiendo avanzar la pastilla, por ejemplo, para acomodar el desgaste.
El mecanismo 20 de freno se controla mediante un dispositivo mecanico en coordinacion con la transmision del vehiculo. La disposicion de control se describira a continuacion con referencia a las figuras 7 a 9. Esta disposicion ha sido desarrollada para su utilizacion en el vehiculo agricola anteriormente mencionado, aunque debe entenderse que la invencion podria aplicarse en cualquiera dentro de una amplia gama de vehiculos. Este vehiculo en particular se controla a traves de las palancas 76, 76' de mano derecha e izquierda operables por el conductor cada una giratoria a traves de una gama limitada por los respectivos pivotes 78, 78'. A traves de las palancas de mano el conductor controla la relacion de transmision proporcionada por las unidades 70, 70' derecha e izquierda de transmision continuamente variables. El movimiento de cualquiera de las palancas 76, 76' de mano se transmite a traves de una respectiva primera varilla 80, 80' de empuje a una respectiva manivela 82, 82' montada capaz de girar en un respectivo bloque 84, 84' de apoyo. Las manivelas 82, 82' estan cada una acopladas a una respectiva varilla 86, 86' de empuje de transmision que a su vez esta acoplada a la correspondiente unidad 70, 70' de transmision para controlar su relacion.
La colocacion de cualquiera de las palancas 76, 76' de mano en el final de su recorrido en direccion hacia delante (flecha 86 en la figura 7) proporciona la maxima relacion de transmision hacia delante y por lo tanto la maxima velocidad de rotacion hacia delante (para una velocidad del motor dada) en el eje 22, 22' de la rueda correspondiente. Moviendo cualquier palanca de mano hacia el final de su recorrido en la direccion opuesta provoca un ajuste progresivo y continuo de la relacion de transmision hasta que se alcanza la maxima velocidad de rotacion hacia atras. Entre estos dos extremos hay una posicion de la palanca de mano que corresponde al punto muerto del engranaje - es decir, a velocidad de rotacion cero del eje 22 o 22' de la rueda. Cuando la palanca de mano se coloca en esta posicion, el freno 20 se aplica automaticamente.
Para este fin, cada una de las palancas 54, 54' de control anteriormente mencionadas de los mecanismos 20, 20' de freno se acopla a una respectiva varilla 88, 88' de empuje del freno y cada varilla de empuje se acopla a la manivela 82, 82' correspondiente para moverse como un ciguenal. Las longitudes de la varilla de empuje se eligen de tal manera que el freno se aplica cuando la palanca 76, 76' de mano correspondiente esta en la posicion de punto muerto del engranaje.
Por la aplicacion automatica del freno cuando la transmision esta en punto muerto, se evita el problema anteriormente explicado de movimiento no deseado de un vehiculo parado hasta el momento, bajo una aceleracion repentina del motor. Cualquier tendencia del vehiculo a sufrir un "deslizamiento" -es decir, el movimiento lento cuando esta en punto muerto del engranaje, debido a un fallo para seleccionar la relacion apropiada del variador con suficiente precision, puede ser resistida por el freno de igual manera.
Tengase en cuenta que la liberacion del freno al moverse la transmision lejos del punto muerto del engranaje puede ser gradual, de modo que el freno se podria aplicar sobre un intervalo de posiciones de la palanca de mano a ambos lados del punto muerto del engranaje.
El mecanismo de freno se puede adaptar para proporcionar adicionalmente una funcion de "freno de estacionamiento" operable por el usuario. Esto es, se puede proporcionar un control operable por el usuario por separado para aplicar el freno, independientemente de la relacion de transmision. En la realizacion de la figura 7 este control se ha formado por una palanca 100 puesta sobre una barra 102 de freno montada capaz de girar que ademas lleva las palancas 104, 104' de accionamiento acopladas a las respectivas varillas 106, 106' de empuje del freno de estacionamiento. En las figuras 5 y 6 la varilla 106 de empuje del freno de estacionamiento se ve que esta acoplada a una de las extremidades de una palanca 108 de una forma en planta de "T" montada capaz de pivotar en la carcasa 24 principal del freno, estando su otra extremidad acoplada a una barra 110 de traccion que pasa a traves de la palanca 38 de freno y actua sobre ella a traves de un muelle 112 helicoidal retenido en la barra de traccion por medio de su cabeza 114 agrandada. Tengase en cuenta que la palanca 38 de freno se diferencia de la representada en la figura 2 en que ha sido extendida hacia arriba para encontrarse con la barra de traccion. Para aplicar el freno de estacionamiento el conductor levanta la palanca 100 de freno, provocando que las barras 110 de traccion de ambos mecanismos de freno se muevan para aplicar ambos frenos.
Las unidades 70, 70' de transmision pueden adoptar cualquier numero de formas diferentes. Por ejemplo pueden ser del tipo de "polea de diametro regulable". Sin embargo el tipo preferido de unidad de transmision utiliza un variador de pista toroidal, de tipo traccion rodada, que tiene un elemento de control movil tal como una palanca cuya posicion determina la relacion del variador. Una unidad adecuada se describe en el documento GB 2423122 y en el documento WO 2006084905, y para obtener informacion sobre la construccion de tal variador la atencion del lector debe dirigirse a los mismos.
La invencion es sin embargo particularmente aplicable a transmisiones cuyo variador es del tipo de "control de la relacion". Esto quiere decir que la relacion adoptada por el variador se determina directamente por su sistema de control. En su lugar hay ciertos variadores "controlados por par" -reciben una entrada indicativa del par que ha de reaccionar a traves de la carcasa del variador, y los cambios en la relacion tienen lugar de forma automatica como resultado de la accion del par resultante en las inercias del sistema.
Las realizaciones anteriormente expuestas se describen unicamente a modo de ejemplo. Otras numerosas formas de implementacion de la invencion son posibles. Por ejemplo el mecanismo de las figuras 7 a 9 proporciona al usuario las palancas 76, 76' de mano para controlar las transmisiones. Otros vehiculos de "radio de giro cero" utilizan un volante y un pedal de control de velocidad en su lugar, pero se puede modificar igualmente bien para incorporar el freno de la presente invencion.
Claims (15)
- REIVINDICACIONES1.- Una transmision para un vehiculo de ruedas, teniendo la transmision una entrada (14) giratoria capaz de ser accionada por una fuente de energia rotativa, una salida (16) giratoria capaz de accionar una rueda (22) de un vehiculo, y una unidad (20) de transmision acoplada entre la entrada giratoria y la salida giratoria para transferir el accionamiento entre ellas con una relacion de velocidad que es continuamente variable a traves de una gama que incluye: relaciones negativas, proporcionando una inversion del sentido de giro entre la entrada giratoria y la salida giratoria; relaciones positivas, en las que la entrada giratoria y la salida giratoria giran en el mismo sentido; y una relacion de punto muerto del engranaje, en la que la salida giratoria es estacionaria; estando caracterizada la transmision porque comprende ademas un freno (32) para el frenado de la salida giratoria y un dispositivo (59, 60) de control adaptado para aplicar el freno cuando la relacion de velocidad se establece en la relacion del punto muerto del engranaje, y para liberar el freno cuando la relacion de velocidad se ajusta lejos de la relacion del punto muerto del engranaje.
- 2.- Una transmision como la reivindicada en la reivindicacion 1 que comprende ademas una parte de control operable por el usuario que esta acoplada mecanicamente a la unidad de transmision de tal manera que la posicion de la parte de control determina la relacion de velocidad.
- 3.- Una transmision como la reivindicada en la reivindicacion 2 en la que la parte (88) de control operable por el usuario esta acoplada mecanicamente al freno de tal manera que cuando se posiciona para configurar la unidad de transmision en el punto muerto del engranaje provoca tambien que se aplique el freno.
- 4.-Una transmision como la reivindicada en la reivindicacion 2 o en la reivindicacion 3 en la que el freno comprende un mecanismo (59, 60) de leva acoplado a la parte para aplicar y liberar el freno.
- 5.- Una transmision como la reivindicada en la reivindicacion 4 en la que el mecanismo de leva comprende una parte de leva que tiene una superficie (62) de leva con un perfil para proporcionar una variacion predeterminada de la fuerza de frenado en funcion de la relacion de velocidad.
- 6.- Una transmision como la reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5 que comprende un muelle (56) pretensado dispuesto para ejercer una fuerza para aplicar el freno, y un mecanismo (88) acoplado al control operable por el usuario para aliviar selectivamente la fuerza del muelle para liberar el freno.
- 7.- Una transmision como la reivindicada en la reivindicacion 6 que comprende una palanca (44) de freno que tiene un punto de apoyo (42) y esta dispuesta para actuar sobre una pastilla de freno y llevarlo a cabo mediante el muelle pretensado, estando la pastilla de freno mas cerca del punto de apoyo que el muelle (56).
- 8.- Una transmision como la reivindicada en cualquier reivindicacion precedente en la cual el freno es un freno (32) de disco.
- 9.- Una transmision como la reivindicada en la reivindicacion 8 que comprende ademas engranajes (R3) de reduccion de velocidad entre la unidad de transmision y la salida (32) giratoria, estando el freno dispuesto para actuar sobre un disco (32) que gira junto con uno de los engranajes de reduccion de velocidad.
- 10.- Una transmision como la reivindicada en cualquier reivindicacion precedente en la que el control operable por el usuario es una palanca (100) acoplada a la unidad de transmision a traves de al menos una varilla (86) de empuje.
- 11.- Una transmision como la reivindicada en la reivindicacion 10 en la que el control (100) operable por el usuario se acopla al freno a traves de al menos una varilla (88) de empuje.
- 12.- Una transmision como la reivindicada en la reivindicacion 10 o la reivindicacion 11 en la que el control operable por el usuario se acopla a una primera varilla (80) de empuje que se acopla a su vez a una manivela (82), estando acoplada la manivela a la unidad de transmision a traves de una varilla (86) de empuje de transmision.
- 13.- Una transmision como la reivindicada en la reivindicacion 12 en la que el freno (32) se acopla a la manivela a traves de una varilla (88) de empuje de manivela.
- 14.- Una transmision como la reivindicada en cualquier reivindicacion precedente que comprende ademas una parte(76) del control del freno de estacionamiento operable por el usuario movible entre una posicion de liberacion del freno de estacionamiento, en la que no afecta al funcionamiento del freno, y una posicion de aplicacion del freno de estacionamiento, en la que hace que el freno (32) pueda ser aplicado si o no la relacion de velocidad esta en el punto muerto del engranaje.
- 15.- Una disposicion de la transmision que comprende dos disposiciones (20, 20') de transmision como la reivindicada en cualquier reivindicacion precedente cuyas relaciones de velocidad y frenado se controlan (54, 54') independientemente y cuyas salidas giratorias son para el acoplamiento a las ruedas en lados opuestos de un vehiculo.
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