ES2811903T3 - Sistema axial de transmisión - Google Patents
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Abstract
Sistema axial de transmisión que el sistema comprende: - una polea motriz (1) provista de un plato fijo (11), y un plato móvil (12) desplazable a lo largo de un eje motriz (10) y que presenta en una cara externa de una serie de alojamientos (13) inclinados y divergentes en los que en encuentran alojadas unas masas (14) desplazables inercialmente contra una campana (4); presentando los alojamientos (13) y las masas (14) una configuración no cilíndrica; una polea conducida (2) provista de un plato fijo (21) solidario a un eje de salida (20); un plato móvil (22) provisto de medios de desplazamiento en dirección axial, por su propia inercia respecto al eje de salida (20); una correa que relaciona en giro a las poleas motriz y conducida (1, 2).
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema axial de transmisión
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un dispositivo que ha sido especialmente concebido para constituir un sistema axial de transmisión que mejore sensiblemente las prestaciones de los variadores de velocidades actuales.
El objeto de la invención es proporcionar un sistema de transmisión axial inercial en el que se produzca una variación de velocidad exponencial en función del desplazamiento provocado por la inercia del dispositivo y que presente una estructura tal que evite la pérdida de rendimiento por desplazamientos de algunas de sus piezas internas debidas a dicho efecto inercial en direcciones que no aporten funcionalidad al dispositivo. Campo de aplicación de la invención.
Campo técnico de la invención
La invención esa aplicable en el ámbito de las transmisiones para motores con cambio automático, ya sean de dos o cuatro tiempos, si bien es igualmente aplicable en otros ámbitos, como en sistemas de transmisión automática, incluyendo vehículos eléctricos y bicicletas.
Estado de la técnica
En el ámbito de aplicación práctica de la invención son conocidos dispositivos variadores de velocidad tales como variadores de levas, variadores de rodillos, o variadores de bolas, que presentan todos ellos como denominador común la gran dificultad que supone la puesta a punto de la transmisión del motor.
En la patente de invención P200003019 se describe un variador de velocidad transversal, concebido para cualquier motor automático, el cual se materializa en una polea variable para correas trapeciales, en la que participan dos discos troncocónicos lisos, entre los cuales queda determinada una garganta, en la que está aplicada directamente una correa trapecial, contando con un plato discoidal, estando todo el conjunto montado coaxialmente y solidariamente al eje de rotación de un árbol motor, siendo el plato discoidal y un primer disco fijos y siendo un segundo disco móvil en la dirección axial del árbol debido a su propia inercia.
El dispositivo define una polea variable a través de unos medios de desplazamiento del disco móvil, adaptados para acercar paulatinamente este último al disco fijo a medida que aumenta la velocidad de rotación del conjunto, disminuyendo la anchura de la garganta de la polea y aumentado consiguientemente el diámetro primitivo de la polea, y viceversa, con lo que el radio efectivo sobre el que se aplica el par de transmisión varía, y consecuentemente la velocidad sobre el elemento que actúa el otro extremo de dicha correa.
De forma más concreta, en dicha patente los medios de desplazamiento axial están constituidos por múltiples masas o deslizadores dispuestos con sus ejes inclinados unos grados respecto al árbol motor y desplazables axialmente respecto a este último, distribuidos radial y uniformemente, alojados en unos agujeros mecanizados sobre la cara externa del disco móvil enfrentada al plato discoidal y encerrados entre el disco móvil y el plato discoidal; estando todo ello adaptado de manera que, para una velocidad de rotación nula o baja del conjunto, los deslizadores se encuentran totalmente dentro de sus agujeros y el disco móvil en su posición más alejada del disco fijo, desplazándose desde el interior de sus agujeros hacia el plato discoidal, de acuerdo con la velocidad de rotación, y empujando al disco móvil hacia el disco fijo con lo que se acorta la distancia de separación entre ambos discos y disminuye la anchura de la garganta de la polea, aumentando el diámetro primitivo de la misma.
Esta estructuración cumple la función para la que ha sido prevista, pero presenta una serie de limitaciones en los siguientes aspectos: las masas presentan una configuración cilíndrica, que hace que éstas puedan girar en sus alojamientos, realizando un desplazamiento angular o de rotación que supone una energía desaprovechada. Además, esta posibilidad de giro de las masas desplazables determina que se vayan afilando, formado una punta que dificulta su desplazamiento sobre el plato discoidal.
Otro inconveniente de este dispositivo está determinado por los fuertes rozamientos originados durante su funcionamiento, lo que repercute negativamente en su durabilidad y un calentamiento excesivo.
A estas limitaciones hay que añadirle el hecho de que, la rueda tractora está asociada a una polea con un perfil determinado, y consecuentemente invariable, de manera que, el radio de acción de la correa sobre dicha polea es siempre el mismo, de modo que el par que hay que vencer para mover inicialmente la rueda es sensiblemente mayor que cuando ésta se encuentra en movimiento, por lo que sería deseable disponer de medios que permitieran regular el radio de acción de la correa sobre la rueda tractora en función de la velocidad angular a la que se desplaza ésta.
Otros documentos existentes tales como: US 5101924 A; ES 1069285 U y WO 2009096385 A1 describen sistemas de transmisión con poleas de paso variable que permiten variar la proporción entre las velocidades de entrada y salida
del sistema. Estos documentos presentan unas características del tipo de las recogidas en el preámbulo de la reivindicación primera de esta invención.
Descripción de la invención
El sistema axial de transmisión que la invención propone es del tipo descrito en el preámbulo de la reivindicación 1. Este sistema presenta unas características orientadas a resolver de forma plenamente satisfactoria una serie de problemas, merced a una novedosa estructuración sumamente efectiva, que afecta tanto a la polea motriz asociada a un eje motriz o cigüeñal o eje motor, como a la polea conducida, asociada a un eje de salida, consiguiéndose una reducción mayor par en el arranque, y unas velocidades más altas cuando el sistema se encuentra en movimiento, lo que redunda en una mayor aceleración y un aprovechamiento óptimo de la energía suministrada a la polea motriz.
Para conseguir los objetivos propuestos, una característica de la invención consiste en las características de la reivindicación 1.
El desplazamiento inercial de dichas masas, que quedan encerradas entre el disco móvil de la polea motriz y la citada tapa en forma de campana determina que para una velocidad de rotación baja o nula del eje motriz las masas deslizantes se encuentran totalmente dentro de los respectivos alojamientos y el disco móvil en su posición más alejada de la polea fija definiendo una amplia garganta en la que la correa tiende a alcanzar el radio mínimo permitido por el dispositivo.
Cuando se aumenta la velocidad de rotación del eje motriz dichas masas tienden a desplazarse por su propia inercia hacia el exterior de los alojamientos entrando en contacto con la cara interna de la tapa en forma de campana y provocando el desplazamiento del disco móvil de la correa motriz en sentido de aproximación al disco fijo lo que provoca un acortamiento en la distancia entre ambos discos y consiguientemente un estrechamiento de la garganta de la polea motriz lo que provoca que la correa de transmisión se desplace hacia el exterior de la polea motriz aumentando su radio de curvatura y consecuentemente variando la relación entre las velocidades de giro de la polea motriz y la polea conducida.
La configuración no cilíndrica de los alojamientos y las respectivas masas desplazables inercialmente impide que dichas masas giren en el interior de los alojamientos evitando que puedan desgastarse por su periferia al contactar contra la tapa en forma de campana adoptando el extremo de dichas masas una configuración en punta.
Por tanto, esta característica que impide la rotación de las masas en el interior de los respectivos alojamientos garantiza un contacto adecuado entre las masas y la tapa en forma de campana y reduce las pérdidas de energía por fricción. A diferencia de los antecedentes mencionados en esta invención, no existe contacto entre la tapa en forma de campana y el disco fijo de la polea motriz, haciendo innecesaria la utilización de guías para su centrado.
De acuerdo con otra de las característica de la invención, se ha previsto que al menos uno de los discos de la polea motriz presente en la cara conformante de la superficie de contacto con la correa una generatriz curva, de radio variable, de manera que se consigue un cambio exponencial de velocidad, en vez de un cambio lineal, trabajándose en todo momento con el radio que mejor se adapte para optimizar la respuesta del sistema, permitiendo con una menor altura del dispositivo un mayor recorrido de la correa trapezoidal.
Este sistema presenta unas características orientadas a impedir que la temperatura de trabajo de la polea motriz se vea incrementada excesivamente debido al rozamiento de las masas desplazables contra la tapa en forma de campana y a impedir que pueda producirse una entrada y acumulación de suciedad a la zona de contacto con las masas de dicha tapa en forma de campana.
Para ello y de acuerdo con la invención, la polea motriz comprende en el interior de la tapa en forma de campana un ventilador que ayuda a la refrigeración del sistema contribuyendo a eliminar el calor producido por fricción.
La disposición de este ventilador en el interior de la tapa en forma de campana, concretamente entre dicha tapa en forma de campana y el disco desplazable de la polea motriz expulsa hacia el exterior cualquier impureza que pudiera acceder al espacio comprendido entre la tapa en forma de campana y el mencionado disco móvil de la polea motriz manteniendo limpia la zona de contacto de las masas desplazables con la tapa en forma de campana.
Para favorecer en mayor medida la refrigeración de la polea motriz, en esta invención se ha previsto que el disco móvil de dicha polea motriz comprenda en su cara anterior unas estrías perimetrales de refrigeración.
Por su parte, la polea conducida dispone de un disco fijo solidario a un eje de salida y un disco móvil provisto de unos medios de desplazamiento en dirección axial y por su propia inercia respecto al eje de salida.
Estos medios de desplazamiento del disco móvil de la polea conducida, en dirección axial respecto al eje de salida, comprenden un cuello tubular montado sobre el eje de salida, estando provisto dicho cuello tubular de dos grupos de ranuras oblicuas con ángulos de inclinación diferentes para la inserción de forma opcional de unos tetones de
solidarización con el eje de salida.
La posibilidad de insertar los tetones en las ranuras oblicuas de mayor inclinación o de menor inclinación permite que el disco móvil de la polea conducida pueda desplazarse por su propia inercia respecto a los tentones, guiada por las ranuras oblicuas utilizadas en cada caso ofreciendo el sistema dos posiciones límites de trabajo correspondientes precisamente con los extremos superior e inferior de dichas ranuras de modo que en una de dichas posiciones límites del disco móvil la polea conducida proporciona un radio máximo para el apoyo de la correa ofreciendo un par elevado a bajas velocidades; mientras que en la otra posición límite del disco desplazable la polea conducida proporciona un radio mínimo para el apoyo de la correa y consiguientemente la máxima velocidad de giro de la polea conducida y del eje de salida.
En esta invención, se ha previsto que el número de ranuras del cuello tubular sea el doble que el número de tetones acoplables en el eje de salida de manera que las ranuras de diferente inclinación forman dos grupos alternos o desfasados angularmente entre sí lo que permite que el montaje de los tetones sobre el cuello tubular del disco móvil de la polea conducida se pueda realizar en el grupo de ranuras de mayor o de menor inclinación con el fin de conseguir un mayor par o un cambio de velocidad más rápido en función de las necesidades específicas de cada aplicación. Se ha previsto que el disco desplazable de la polea conducida esté asistido por un elemento elástico que tienda a mantenerlo en la posición de máxima aproximación al palto fijo de dicha polea conducida cuando la inercia del giro no es suficiente.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
- La figura 1 muestra una vista en planta de un ejemplo de realización del sistema axial de transmisión según la invención en la que se ha seccionado la correa de transmisión para permitir la observación de la polea motriz y la polea conducida.
- La figura 2 muestra una vista explosionada en perspectiva de la polea motriz.
- Las figuras 3 y 4 muestran sendas vistas parciales en alzado de la polea motriz seccionada por un plano vertical y en la que se ha representado el disco móvil en dos posiciones extremas de desplazamiento en dirección axial. - Las figuras 5 y 6 muestran sendas vistas en alzado de un ejemplo de realización de la polea conducida y en las que se han representado el disco desplazable en dos posiciones extremas de desplazamiento axial respecto al eje de salida.
- La figura 7 muestra una vista en perspectiva del disco móvil de la polea conducida, en la que se puede observar los dos grupos de ranuras, con diferente inclinación, definidas en el cuello tubular de la misma.
Realización preferente de la invención
En el ejemplo de realización mostrado en la figura 1 se puede observar un ejemplo de realización del sistema de la invención incluyendo una polea motriz (1) montada sobre un eje motriz (10) accionada en este caso por un motor (M) y una polea conducida (2) montada en este caso sobre un eje de salida (20), encontrándose relacionadas ambas poleas polea motriz (1) y conducida (2) por una correa (3) trapezoidal.
La polea motriz (1) está constituida por un disco fijo (11) y un disco móvil (12) posibilitado de desplazamiento axial a lo largo del eje motriz (10), la polea conducida (2) dispone igualmente de un disco fijo (21) solidario al eje de salida (20) y un disco móvil (22) desplazable en dirección axial por propia inercia respecto al eje de salida (20).
El desplazamiento axial de los discos móviles (12, 22) de las poleas motriz y conducida permite al sistema variar la relación de velocidades del eje motriz (10) y el eje de salida (20).
Como se puede observar en las figuras 2, 3 y 4 el disco móvil (12) de la polea motriz (1) presenta en su cara externa una serie de alojamientos (13) inclinados en dirección divergente y en los que se encuentran alojadas respectivas masas (14) desplazables inicialmente contra una tapa en forma de campana curvada (4) que gira solidariamente con el eje motriz (10) representado en las figuras 3 y 4.
Como se puede observar en la figura 2, los alojamientos (13) y las masas (14) presentan una configuración no cilíndrica, en este caso una sección trapezoidal con sus aristas redondeadas y que rematan por su extremo anterior o sobresaliente en una configuración redondeada a modo de casquete esférico que conforma la superficie de contacto
con la superficie interior de la tapa en forma de campana (4).
Cuando el eje motriz (10) no gira, o gira a velocidad baja, el disco móvil (12) de la polea motriz se mantiene próximo a la tapa en forma de campana (4) y las masas (14) en el interior de los respectivos alojamientos (13).
A medida que el eje motriz (10) va incrementando su velocidad de giro, las masas (14) van sobresaliendo por propia inercia de los respectivos alojamientos (13) contactando con la superficie interior de la tapa en forma de campana (4) y provocando, debido a la disposición inclinada y divergente de dichas masas que el disco móvil (12) se aproxime al disco fijo de la polea motriz (1). Como se puede observar en las mencionadas figuras 3 y 4 la polea motriz comprende en el interior de la tapa en forma de campana (4) un ventilador (15) para la refrigeración del sistema y la expulsión al exterior de posibles partículas que accedan al espacio comprendido entre el disco móvil (12) y la tapa en forma de campana (4) manteniendo limpia la zona de contacto de las masas (14) con la mencionada tapa en forma de campana (4).
Adicionalmente como se puede observar en las figuras 3 y 4 el disco móvil (12) de la polea motriz (1) comprende en su cara externa unas estrías perimetrales (16) para facilitar la disipación del calor generado por el rozamiento entre las diferentes piezas asociadas al mismo.
En el ejemplo mostrado en las mencionadas figuras 3 y 4 el disco móvil (12) de la polea motriz (1) se encuentra montado con la interposición de un casquillo (17) sobre un bulón (18) que presenta un tratamiento con nitruro de titanio para obtener una alta dureza y un bajo coeficiente de fricción durante el desplazamiento axial de dicho disco móvil.
En el ejemplo mostrado en las figuras 5 y 6 se puede observar la polea conducida (2) montada sobre un eje de salida (20) y conformada por un disco fijo (21) y un disco móvil (22) que dispone para su montaje con posibilidad de desplazamiento axial respecto al eje de salida (20) un cuello tubular (23) provisto de unas ranuras oblicuas (24, 25) con diferentes ángulos de inclinación para la inserción opcional en uno u otro grupo de ranuras de unos tetones (26) de solidarización con el eje de salida (20). El cuello tubular (23) es desmontable y está montado a rosca en el disco móvil (22) de la polea conducida (2). Al desplazarse el disco móvil (22) por su propia inercia respecto a los tetones (26) guiándose en los mismos por medio de las ranuras (24) ó (25) se consiguen dos posiciones límites de trabajo del disco móvil, más o menos alejada del disco fijo (21) de la polea conducida variando el radio de giro definido por la correa (3) en su apoyo sobre la polea conducida (2).
Tal como ya se ha mencionado el disco móvil (22) de la polea conducida (2) estará asistido por un elemento elástico como un muelle o similar, no representado, que tiende a desplazarlo hacia el disco fijo de la polea conducida.
En la figura 7 se puede observar el disco móvil (22) de la polea conducida (2) y el cuello tubular (23) provisto de dos juegos de ranuras (24) alternadas con ángulos de inclinación (a, p) diferentes.
Claims (4)
1. Sistema axial de transmisión, que comprende:
- una polea motriz (1), montada en un eje motriz (10), que comprende un disco fijo (11) solidario a dicho eje motriz (10) y un disco móvil (12) desplazable axialmente en el que una cara externa de dicho disco móvil (12) tiene una serie de alojamientos (13) inclinados con respecto a una dirección vertical o perpendicular al eje de rotación del dispositivo y en los que se encuentran contenidas unas masas (14) desplazables inercialmente contra una tapa (4) que gira solidariamente con el eje motriz (10);
- una polea conducida (2), montada en un eje de salida (20), que comprende un disco fijo (21) solidario a dicho eje de salida (20) y un disco móvil (22) movible en dirección axial como resultado de su propia inercia respecto al eje de salida (20) y;
- una correa que relaciona en giro a las poleas motriz y conducida (1, 2); y donde las masas (14) tienen un extremo sobresaliente en una configuración de casquete redondeado que forma una superficie de contacto con la superficie interior de la tapa (4), y donde la tapa (4) está curvada en una configuración en forma de campana; caracterizado porque los alojamientos (13) y las masas (14) presentan una configuración trapezoidal con aristas redondeadas definiendo unos medios de guiado de las masas (14) en la dirección axial, impidiendo que las masas (14) giren en el de sus respectivos alojamientos.
2. Sistema axial de transmisión, según reivindicación 1, caracterizado porque la polea motriz (1) comprende en el interior de la tapa en forma de campana (4) un ventilador (15) que ayuda a la refrigeración del sistema.
3. Sistema axial de transmisión, según reivindicación 2, caracterizado porque el disco móvil (11) de la polea motriz (1) comprende unas estrías perimetrales (16) de refrigeración.
4. Sistema axial de transmisión, según reivindicación 1, caracterizado porque los medios de desplazamiento en dirección axial con respecto al eje de salida (20) del disco móvil (22) de la polea conducida (2) comprenden un cuello tubular (23) montado sobre el eje de salida y provisto de dos grupos de ranuras oblicuas (24, 25), con ángulos de inclinación diferentes, para la inserción de forma opcional de unos tetones (26) de solidarización con dicho eje de salida (20).
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