ES2883603T3

ES2883603T3 - Variador planetario para transmisión variable

Info

Publication number: ES2883603T3
Application number: ES16716185T
Authority: ES
Inventors: Mazière Filip De; Lucas Present
Original assignee: Mazaro NV
Current assignee: Mazaro NV
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2021-12-09
Anticipated expiration: 2036-04-04
Also published as: CA3017241C; CA3017241A1; BR112018070314A2; KR102560906B1; JP2019510950A; MX2018011962A; EP3440383B1; RU2018134323A3; JP6779360B2; EP3440383A1; CN108884917B; BR112018070314B1; KR20190015197A; US20200408284A1; RU2018134323A; WO2017174313A1; US11060591B2; RU2739507C2; WO2017174106A1; CN108884917A

Abstract

Un variador planetario aplicable en una transmisión variable para realizar una relación de velocidad y par variables, comprendiendo el variador una rueda (16) de anillo, al menos dos ruedas (19) planetarias y una rueda (17) dentada madre, en el que: - la rueda de anillo y la rueda dentada madre son cuerpos axisimétricos colocados con respecto a un eje (18) de simetría central común, - las ruedas (19) planetarias comprenden una parte (14) de árbol y una parte (12) de rueda que puede rotar alrededor de la parte de árbol, teniendo la parte de árbol un eje (25) central longitudinal, siendo dicho eje también el eje de rotación de la parte (12) de rueda, - cada rueda (19) planetaria puede rotar libremente alrededor de un eje (24) de bisagra que está orientado esencialmente en perpendicular con respecto al plano definido por el eje (18) central común y el eje (25) de rotación de la parte (12) de rueda de la rueda (19) planetaria, - la interacción entre las ruedas se realiza mediante un movimiento de rodamiento de una superficie de rodamiento proporcionada en cada una de las partes (12) de rueda de las ruedas planetarias, sobre las superficies (20,21) de rodamiento proporcionadas en la rueda (16) de anillo y la rueda (17) dentada madre, en la que los dos planos (26, 27) que son tangenciales a las superficies (20,21) de rodamiento de la rueda de anillo y la rueda dentada madre, en los puntos de contacto tangenciales con una rueda (19) planetaria, cortan el eje (25) de rotación de la parte (12) de rueda de dicha rueda (19) planetaria en un punto (28) del eje (18) central común, independientemente de la posición angular de dicha rueda (19) planetaria alrededor del eje (24) de bisagra, y en el que: el eje (24) de bisagra de cada una de las ruedas (19) planetarias es excéntrico al eje (18) central común con excentricidad constante, y una distancia entre la parte (12) de rueda y el eje (24) de bisagra es constante, caracterizado porque el variador planetario está configurado para accionar un cambio de la posición (γ) angular de las ruedas (19) planetarias y, por tanto, un cambio de una relación de transmisión mediante un movimiento axial relativo entre el eje (24) de bisagra y la rueda (16) de anillo y/o un movimiento axial relativo entre el eje (24) de bisagra y la rueda (17) dentada madre.

Description

DESCRIPCIÓN

Variador planetario para transmisión variable

Campo de la invención

Esta invención se refiere a transmisiones variables para vehículos de carretera, vehículos todoterreno, maquinaria agrícola, auxiliares de conducción en vehículos, así como a componentes industriales tales como generadores y compresores en equipos estacionarios o móviles.

Antecedentes de la invención

El documento internacional WO2009/146748A1 describe diversos sistemas de transmisión variable, basados en un variador planetario sin taladro. Este variador comprende ruedas de tracción que transmiten la potencia rodando unas sobre otras y que se presionan en conjunto con la fuerza suficiente para transferir el par requerido. Las superficies de rodamiento están diseñadas para obtener un denominado movimiento de rodamiento sin taladro, es decir, un rodamiento sin deslizamiento de las superficies de rodamiento en la zona de contacto.

El variador planetario del documento internacional WO2009/146748A1 se muestra en la figura 1. El sistema como tal funciona como un subsistema de una transmisión variable más compleja. El variador comprende un árbol 1 principal, una rueda 2 de anillo, un conjunto de ruedas 3 planetarias y una rueda 4 dentada madre. En el dibujo solo se muestra una rueda 3 planetaria. La rueda de anillo, el árbol principal y la rueda dentada madre están montados coaxialmente, es decir, con respecto a un eje 5 central común. La rueda de anillo y la rueda dentada madre se presionan en conjunto, por ejemplo, mediante una fuerza hidráulica. El componente mecánico, comprendido en la rueda planetaria y que realiza el enlace geométrico con el árbol principal, se denomina horquilla 7 planetaria, que está conectada al árbol principal mediante una bisagra 8. El eje 9 de la bisagra corta el eje 5 del árbol principal y es perpendicular al mismo. Las superficies de rodamiento de la rueda de anillo y la rueda dentada madre están diseñadas de modo que se garantiza el movimiento de rodamiento sin taladro independientemente de la posición de pivotado de las ruedas planetarias. En la realización de la figura 1, esto se logra realizando las superficies de rodamiento en base a la curva tractriz. Al cambiar la posición angular de las ruedas planetarias en relación con la rueda de anillo y el eje de rueda dentada madre, se cambia la relación de transmisión. Esto puede lograrse moviendo axialmente el árbol principal con respecto a la rueda de anillo y la rueda dentada madre, permitiendo también un movimiento axial de la rueda de anillo y/o de la rueda dentada madre. La distancia L indicada en la figura 1 es constante en el variador de la figura 1. Es la distancia entre 2 puntos: un punto es el punto de contacto entre la rueda planetaria y la rueda de anillo o la rueda dentada madre; el otro punto es la intersección entre el eje 5 principal y el eje 9 de bisagra.

Dado que el eje 9 de bisagra corta el eje 5 central común y debido a que existe una pluralidad de horquillas planetarias, todas con su eje de bisagra cortando el eje 5 central común a través del mismo punto, la construcción de las horquillas planetarias debe realizarse para evitar interferencias entre sí en todos los ángulos de inclinación de las ruedas planetarias. Además, al tiempo que se cambia la relación a valores extremos, cualquiera de la rueda 2 de anillo o la rueda 4 dentada madre se aproxima a la horquilla planetaria. Debe evitarse el contacto entre la horquilla planetaria y la rueda de anillo o la rueda dentada madre, que rotan a diferentes velocidades. Aunque un diseño de horquilla más ligero podría cumplir requisitos más estrictos en cuanto a evitar el contacto entre estos componentes, el tamaño de las horquillas debe ser lo suficientemente grande como para soportar las fuerzas que actúan sobre el mismo.

Resulta evidente, por tanto, que las horquillas del sistema de la figura 1 deben cumplir una pluralidad de requisitos contradictorios. El diseño de las horquillas es, por tanto, un asunto complejo.

El documento internacional WO 2007/040523 describe una transmisión continuamente variable toroidal con rodillos de desvío que incluyen discos toroidales primero y segundo montados en extremos primero y segundo de un árbol, respectivamente. Se monta un collar deslizante en el árbol entre los discos toroidales primero y segundo y tiene al menos dos rodillos de desvío unidos al mismo. Los rodillos de desvío están en comunicación con partes toroidales orientadas hacia el interior primera y segunda de los discos toroidales. La traslación del collar deslizante en el árbol provoca que los rodillos de desvío roten alrededor de un primer eje, en el que el primer eje está dispuesto ortogonalmente con respecto al eje longitudinal del árbol.

El documento FR 1007407, que, en opinión de la División de Examen de la Oficina Europea de Patentes, da a conocer un variador planetario que se encuentra dentro de la redacción de la parte precaracterizadora de la reivindicación 1, describe una transmisión variable de manera continua con ruedas cónicas coaxiales y rodillos ajustables. Las superficies de rodamiento de las ruedas cónicas y los rodillos ajustables se definen de manera que el punto de contacto de los rodillos cambia con el desplazamiento de los rodillos, lo que permite obtener la transmisión variable.

Compendio de la invención

La invención está relacionada con un variador planetario tal como se describe en las reivindicaciones adjuntas. Por tanto, la invención se refiere a un variador planetario aplicable en una transmisión variable para realizar una relación de velocidad y par variables, comprendiendo el variador todas las características mencionadas en la reivindicación 1, es decir, comprende, entre otros, una rueda de anillo, al menos dos ruedas planetarias y una rueda dentada madre, en el que:

• la rueda de anillo y la rueda dentada madre son cuerpos axisimétricos colocados con respecto a un eje de simetría central común,

• las ruedas planetarias comprenden una parte de árbol y una parte de rueda que puede rotar alrededor de la parte de árbol, teniendo la parte de árbol un eje central longitudinal, siendo dicho eje también el eje de rotación de la parte de rueda,

• cada rueda planetaria puede rotar libremente alrededor de un eje de bisagra que está orientado esencialmente en perpendicular con respecto al plano definido por el eje central común y el eje de rotación de la parte de rueda de la rueda planetaria,

• la interacción entre las ruedas tiene lugar a través de un movimiento de rodamiento de una superficie de rodamiento proporcionada en cada una de las partes de rueda de las ruedas planetarias, sobre superficies de rodamiento proporcionadas en la rueda de anillo y la rueda dentada madre, en la que los dos planos que son tangenciales a las superficies de rodamiento de la rueda de anillo y la rueda dentada madre, en los puntos de contacto tangenciales con una rueda planetaria, cortan el eje de rotación de la parte de rueda de dicha rueda planetaria en un punto del eje central común, independientemente de la posición angular de dicha rueda planetaria alrededor del eje de bisagra,

y en el que el eje de bisagra de cada una de las ruedas planetarias es externo al eje central común.

La condición de los planos tangentes que cortan el eje de rotación de la parte de rueda en un punto del eje central, independientemente de la posición angular de la rueda planetaria define la forma de las superficies de rodamiento de la rueda de anillo y la rueda planetaria. Esta forma es no circular. Por tanto, un cambio de la posición angular de las ruedas planetarias corresponde a un cambio en la distancia relativa entre la rueda de anillo y la rueda dentada madre en la dirección del eje central. Esto se adapta por la rueda de anillo y la rueda dentada madre al estar configuradas para ser móviles en dicha dirección, relativamente una con respecto a la otra. En funcionamiento, la rueda dentada madre y la rueda de anillo se presionan en conjunto en la dirección axial, es decir, en la dirección del eje central. Medios para presionar en conjunto la rueda de anillo y la dentada madre, tal como una pendiente mecánica, un pistón hidráulico o neumático, o cualquier otro medio adecuado para este fin conocido como tal en la técnica, pueden formar parte del variador planetario o de una transmisión en la que está integrado el variador.

Según una realización, el eje de bisagra corta (es decir, tiene un punto en común con) el eje de rotación de la rueda planetaria.

Según una realización adicional, el eje de bisagra se ubica entre la parte de rueda de la rueda planetaria y el punto de intersección entre el eje de rotación de rueda planetaria y el eje central.

En este último caso, el variador puede comprender un árbol central dotado de una extensión radial, en el que la parte de árbol de las ruedas planetarias está conectada de manera rotatoria con la extensión radial a través de una articulación de bisagra. La parte de árbol de las ruedas planetarias puede estar dotada de una horquilla que puede rotar alrededor de la articulación de bisagra, con respecto a la extensión radial.

Según una realización, la horquilla tiene un cuerpo principal, una parte de pata central y dos partes de pata laterales, extendiéndose las tres partes de pata lejos del cuerpo principal y conectándose a la articulación de bisagra.

Según una realización adicional, el eje de bisagra se ubica más allá de la parte de rueda de la rueda planetaria, tal como se observa desde el punto de intersección entre el eje de rotación de rueda planetaria y el eje central.

En este último caso, el variador puede comprender una rueda de soporte montada coaxialmente con la rueda de anillo y la rueda dentada madre, en el que la parte de árbol de la rueda planetaria está conectada de manera rotatoria con la rueda de soporte a través de una articulación de bisagra. La articulación de bisagra puede incorporarse en la rueda de soporte.

Según una realización adicional, la superficie de rodamiento de la parte de rueda de al menos una de las ruedas planetarias tiene forma de círculo, tal como se observa en una sección transversal con un plano a través del eje de rotación de dicha parte de rueda. Alternativamente, la superficie de rodamiento de la parte de rueda de al menos una de las ruedas planetarias puede tener una forma no circular, tal como se observa en una sección transversal con un plano a través del eje de rotación de dicha parte de rueda.

Según una realización, la parte de rueda de al menos una de las ruedas planetarias rota alrededor de la parte de árbol a través de uno o más cojinetes, teniendo dicho cojinete o cojinetes un anillo interior y un anillo exterior, y en el que la parte de rueda se monta directamente sobre el anillo exterior de al menos uno de los cojinetes.

Según una realización adicional, la parte de rueda de la rueda planetaria rota alrededor de la parte de árbol a través de uno o más cojinetes, teniendo dicho cojinete o cojinetes un anillo interior y un anillo exterior, y en el que la parte de rueda forma una sola pieza con el anillo exterior de al menos uno de los cojinetes.

La invención está igualmente relacionada con una transmisión variable reversible o variable que comprende uno o más variadores planetarios según la invención.

Breve descripción de las figuras

La figura 1 ilustra el variador planetario tal como se da a conocer en el documento internacional WO2009/146748A1.

La figura 2 ilustra un variador planetario según una primera realización de la invención.

La figura 3 es una vista en 3D de una realización similar a la que se muestra en la figura 2.

Las figuras 4 y 5 ilustran los parámetros geométricos usados para calcular la forma de las superficies de rodamiento de la rueda de anillo y la rueda dentada madre según una realización preferida de la invención.

La figura 6 ilustra un variador planetario según una segunda realización.

Descripción detallada de la invención

La invención está relacionada con un variador planetario que tiene componentes similares a los del variador del documento internacional WO2009/146748, pero en el que el eje de bisagra no corta el eje central. Los inventores han descubierto que, sin embargo, es posible diseñar las superficies de rodamiento de la rueda de anillo y la rueda dentada madre de tal manera que se produzca el movimiento de rodamiento esencialmente sin taladro. La posición excéntrica de la bisagra supera las limitaciones anteriormente mencionadas, tal como se explicará en base a una serie de realizaciones preferidas.

La figura 2 muestra una primera realización de un variador planetario según la invención. Al igual que en el diseño de la técnica anterior, el variador comprende un árbol 15 principal, una rueda 16 de anillo y una rueda 17 dentada madre, siendo las ruedas de anillo y la dentada madre cuerpos axisimétricos dispuestos coaxialmente alrededor de un eje 18 central común, y un conjunto de ruedas 19 planetarias configuradas para rodar esencialmente sin taladro sobre las superficies 20 y 21 de rodamiento de la rueda de anillo y la rueda dentada madre. Por medios adecuados (no se muestran), tal como una pendiente mecánica o un pistón hidráulico o neumático, la rueda 16 de anillo y la rueda 17 dentada madre se presionan entre sí. Cada rueda 19 planetaria está dotada de una parte 14 de árbol y una parte 12 de rueda que rota alrededor de la parte 14 de árbol mediante un cojinete 13 de empuje y un cojinete 13’ radial. El eje 25 longitudinal de la parte de árbol también es el eje de rotación de la parte 12 de rueda de la rueda 19 planetaria. La parte 14 de árbol de la rueda planetaria termina en una horquilla 22 que puede pivotar alrededor de una articulación 23 de bisagra, de modo que la rueda planetaria en su conjunto puede rotar libremente alrededor del eje 24 de bisagra. Contrariamente al sistema de la técnica anterior, el eje 24 de bisagra es externo al eje 18 central común. En otras palabras, el eje 24 de bisagra no corta el eje 18 central común, es decir, se coloca excéntricamente con respecto al eje 18 central. En la realización de la figura 2, esto se logra montando la horquilla 22 en el borde de una extensión 30 radial que se fija a y preferiblemente forma un solo cuerpo con el árbol 15 principal. El eje 24 de bisagra está orientado perpendicularmente con respecto al plano definido por el eje 25 de rotación de la rueda planetaria intersecante y el eje 18 central. Sin embargo, el diseñador puede aplicar pequeñas desviaciones de esta orientación perpendicular con el fin de compensar pequeñas deformaciones de los componentes cuando el variador planetario se somete a cargas durante el funcionamiento. En otras palabras, la orientación perpendicular se obtiene al menos cuando el variador está en funcionamiento.

La figura 3 muestra una vista en 3D de esta realización, que ilustra tres ruedas 19 planetarias y la rueda 16 de anillo y dejando fuera la rueda dentada madre con el fin de permitir una vista de las ruedas 19 planetarias. En esta realización, la extensión radial es una extensión 30 circular que rodea el árbol 15 principal. Tal como se observa en la figura 3, las horquillas 22 de las diferentes ruedas 19 planetarias se ubican ahora en distintos puntos alrededor de la circunferencia del árbol 15 principal. Esto facilita la construcción y el diseño de las horquillas 22, dado que ya no es necesario colocarlas juntas tal como en diseño de la técnica anterior. Debido a la simplificación de la construcción de las horquillas, estos elementos pueden optimizarse en cuanto al tamaño y las características mecánicas requeridos para soportar la carga, al mismo tiempo que permiten un mayor rango de ángulos de inclinación que pueden incluirse, lo que se traduce en un mayor rango de relación de par y velocidad alcanzables. Por ejemplo, tal como en la realización que se muestra en la figura 3, las horquillas pueden producirse con un cuerpo 33 principal y tres partes de pata que se extienden alejándose del cuerpo principal y conectadas a la articulación 23 de bisagra: una parte 31 de pata central y dos partes 32 de pata laterales. Esta construcción es diferente de la horquilla en el diseño de la técnica anterior de la figura 1, que está equipada con solo dos partes de pata, principalmente por el espacio limitado en el que deben incorporarse múltiples horquillas. La construcción de tres patas que se muestra en la figura 3 aumenta la capacidad de soportar la importante fuerza de tracción a lo largo del eje de la rueda 19 planetaria, así como soportar los momentos de inclinación resultantes de las fuerzas de tracción en los contactos de rodamiento.

En la realización de la figura 2, las líneas 26 y 27 son las tangentes a las superficies 20 y 21 de rodamiento de la rueda 16 de anillo y la rueda 17 dentada madre respectivamente, en los puntos de contacto con la rueda 19 planetaria. Tal como se observa en el dibujo, estas tangentes y el eje 25 de rotación de la rueda planetaria cortan en un punto 28 del eje 18 central común, que es la condición para obtener el movimiento de rodamiento esencialmente sin taladro. De manera más general, los planos 26/27 tangentes a las superficies 20/21 de rodamiento en los dos puntos de contacto tangenciales de la rueda planetaria con estas superficies 20/21 de rodamiento, cortan el eje 25 de rotación de rueda planetaria en un punto 28 del eje 18 central, independientemente de la posición angular de la rueda 19 planetaria alrededor del eje 24 de bisagra. Por ‘puntos de contacto tangenciales’ se entiende: puntos en los que la superficie de rodamiento de la parte 12 de rueda de la rueda planetaria es tangencial a las superficies de rodamiento de la rueda 16 de anillo y la rueda 17 dentada madre. De nuevo, pueden aplicarse pequeñas desviaciones con respecto a esta condición de intersección en un punto 28 del eje 18 central para compensar la deformación de componentes bajo carga, es decir, la condición de intersección en el punto 28 se logra al menos durante el funcionamiento del variador.

Contrariamente al sistema de la técnica anterior, la distancia L entre el punto 28 de intersección y los puntos de contacto de las dos superficies 20/21 de rodamiento ya no es una constante en el variador planetario según la invención. A pesar de ello, es posible calcular la forma de las superficies 20 y 21 de rodamiento para movimientos de rodamiento sin taladro, tal como se demostrará a continuación en el presente documento.

La figura 4 muestra una imagen geométrica de los componentes de la realización de la figura 2, que muestra una serie de dimensiones requeridas en el cálculo. El punto de partida es el supuesto de que la sección transversal de la superficie de rodamiento de la rueda planetaria, tal como se observa en el plano del dibujo en la figura 2, tiene la forma de un círculo con un radio R^po. La rueda planetaria se diseña, por tanto, en la figura 4 como un disco con un radio R^pi, dotado de una superficie de radio R^poen forma de toro que rodea el disco, y dotado, además, de una conexión central de longitud L^p(que diseña el árbol 14 de rueda planetaria) al eje 24 de bisagra. Además, en la descripción, se señalará que las formas de superficie alternativas de la superficie de rodamiento de la rueda planetaria son posibles en lugar de la superficie circular, pero a efectos del cálculo presentado en el presente documento, se parte de una sección transversal circular de la superficie de rodamiento de la rueda planetaria.

Parámetros adicionales requeridos en el cálculo son los siguientes:

• E es la excentricidad de la bisagra, es decir, la distancia entre el eje 24 de bisagra y el eje 18 central común,

• L es la longitud variable tal como se explicó anteriormente,

• g es la inclinación del eje 25 de rotación de la rueda planetaria, que se toma como parámetro para controlar la relación.

La figura 4 indica además los ángulos y distancias necesarios para calcular la forma de la curva 21 de la superficie de rodamiento de la rueda dentada madre, tal como se observa en la sección transversal con el plano del dibujo. Los diversos parámetros se definen en un plano X-Y ortogonal estando X=0 definido por la posición del eje 24 de bisagra.

El conjunto de ecuaciones que define la forma de la superficie 21 de rodamiento de la rueda dentada madre expresando el requisito de que la tangente de longitud L corta el eje central en el mismo punto 28 que el eje 25 de rotación de la rueda planetaria, es el siguiente:

Y^z= L sen (a^z) (1)

Dy^z/dx = tan (a^z) (2)

Estas ecuaciones pueden escribirse en función de la variable g aplicando las siguientes relaciones que pueden derivarse de la geometría que se muestra en la figura 4:

Lⁱ= ^V(R^pi2+ L^p2)

^bi = arctan (R^pi/L^p)

x^s= -E tan g

x^{c z}= Lⁱsen (^g+^{b i})

y^{c z}= E Lⁱcos (^g+^{b i})

^{a c z =}arctan (y^cz/ (x^{c z}- x^s))

L = ^V(y^{c z 2}+(x^s-x^{c z}) ²-R^po2)

^{a z}= ^{a c z}-arctan (R^po/L)

siendo Lp, E, Rpi y Rpo valores constantes.

La introducción de estas relaciones en las ecuaciones (1) y (2) permite resolver el sistema de ecuaciones. Preferiblemente, esto se realiza mediante un método numérico, calculando las coordenadas de los puntos de la curva durante etapas consecutivas en g, lo que da como resultado las etapas Dy^zde la coordenada y Y^z:

x^z(i+1)= X^zi+ Dy^z/tan(a^z)

yz(i+i) = yz¡ Dyz

Tal como resulta evidente para el experto en la técnica, está disponible un software adecuado para resolver las ecuaciones de la forma indicada anteriormente. Los inventores han descubierto que la forma 21 de la curva, tal como se muestra en la figura 2, que resulta de este cálculo, permite de manera eficaz un movimiento de rodamiento esencialmente sin taladro de la rueda planetaria sobre la rueda dentada madre.

La figura 5 ilustra los ángulos y dimensiones necesarios para el cálculo de la superficie 20 de rodamiento de la rueda de anillo.

Las ecuaciones que van a resolverse en este caso son las siguientes:

y^R= L sen (a^R) (3)

dy^R/dx = - tan (a^R) (4)

en las que

^{x c r}= Lⁱsen (g-bⁱ)

y^CR= E+Lⁱcos (g-bⁱ)

L = V (y^CR2+(x^S-x^CR)²-R^po2)

a^CR= arctan (y^cR/(x^s-x^cR))

a ^R= a^cR- arctan (R^po/L)

La resolución numérica de las ecuaciones (3) y (4) se realiza de la siguiente manera, análoga a las ecuaciones (1) y (2):

X^R(i+i)= ^{xr í}- Dy^R/tan(a^R)

y^R(i+i)= y^Ri+ Dy^R

lo que produce la curva 20 tal como se muestra en la figura 2.

Dado que el ángulo b cambia junto con g, la posición del punto de contacto en la rueda planetaria se mueve cuando cambia la relación. Esta característica permite al diseñador hacer que el radio R^podependa de b. En otras palabras, la sección transversal de la superficie de rodamiento de la rueda planetaria no tiene por qué ser necesariamente un círculo; también puede elegirse otra curva, por ejemplo, una elipse. Las mismas fórmulas siguen siendo válidas; solo varía R^pocon g. El ángulo b es igual a 90°-g-a^z. De modo que la superficie de la rueda planetaria se define recalculando R^poen función de b porque las figuras 4 y 5 muestran que b y R^podefinen la superficie de rodamiento como coordenadas polares.

El movimiento de inclinación de las ruedas 19 planetarias alrededor del eje 24 de bisagra, es decir, el cambio del ángulo g de inclinación de las ruedas 19 planetarias, provoca un cambio en la relación de transmisión. Esto se debe a que la inclinación cambia la distancia entre el eje 18 central común y los puntos de contacto de la rueda 19 planetaria en la rueda 16 de anillo y la rueda 17 dentada madre. Debido a que las superficies 20/21 de rodamiento de las ruedas de anillo y la dentada madre no tienen una sección transversal circular, la distancia entre la rueda 16 de anillo y la rueda 17 dentada madre varía al tiempo que cambia la relación. Esto significa que, en funcionamiento, es posible un movimiento axial relativo, es decir, en la dirección del eje 18 central, de la rueda 16 de anillo y la rueda 17 dentada madre. Esto puede lograrse montando ambas ruedas 16/17 para que puedan moverse, o manteniendo una rueda fija y permitiendo el movimiento de la otra. La acción de inclinación puede accionarse de diversas maneras, por ejemplo, moviendo axialmente el eje 15 central con respecto a la rueda de anillo o la rueda dentada madre. Alternativamente, la relación de transmisión puede modificarse manteniendo el árbol 15 principal fijo axialmente y moviendo axialmente la rueda 16 de anillo y/o la rueda 17 dentada madre.

En la realización de la figura 2, el parámetro L^p, es decir, la longitud de la parte 14 de árbol de la rueda planetaria, es un valor positivo. Sin embargo, si L^pes negativo o cero, esto significa que el ángulo bⁱ= arctan (R^pi/L^p) se vuelve negativo o 90° respectivamente. En este caso, sigue teniendo sentido resolver las ecuaciones y determinar las superficies de rodamiento de la rueda de anillo y la rueda dentada madre. El caso L^p< 0 corresponde a la realización que se muestra en la figura 6.

En la figura 6, vuelven a estar presentes los siguientes componentes y se hace referencia a los mismos mediante los mismos números de referencia que en la figura 2: la rueda 16 de anillo, la rueda 17 dentada madre, las ruedas 19 planetarias, el eje 18 central común, las superficies 20 y 21 de rodamiento de la rueda de anillo y la rueda dentada madre respectivamente, el árbol 14 de rueda planetaria, la parte 12 de rueda de la rueda planetaria, los cojinetes 13 de rodillo de la rueda planetaria, las tangentes 26/27 que cortan el eje 18 central y el eje 25 de rotación de la rueda 19 planetaria en un punto 28.

Sin embargo, en la realización de la figura 6, el eje 24 de bisagra se ubica más allá de la parte 12 de rueda de la rueda planetaria, tal como se observa desde el punto 28 de intersección del eje 25 de rotación de la rueda planetaria con el eje 18 central, mientras que en la realización de la figura 2, el eje 24 de bisagra se encuentra entre el punto 28 de intersección y la parte 12 de rueda. En el sistema particular que se muestra en la figura 6, las ruedas 19 planetarias se montan de manera pivotante en una rueda 40 de soporte, que se monta a su vez coaxialmente con la rueda 16 de anillo y la rueda 17 dentada madre. Esto se reduce de manera eficaz a la situación de la figura 2 pero con el árbol 14 de la rueda planetaria extendiéndose en el lado opuesto de la parte 12 de rueda. El árbol 14 de la rueda planetaria está ahora montado de manera pivotante con respecto a la rueda 40 de soporte, para poder pivotar alrededor del eje 24 de bisagra que está orientado, tal como en la figura 2, perpendicularmente con respecto al plano definido por el eje 25 de rotación de la rueda planetaria y el eje 18 central, al tiempo que es externo al eje central. Tal como se muestra en la realización de la figura 6, el árbol 14 de la rueda planetaria se monta de manera preferible directamente en una articulación 41 de bisagra incorporada en la rueda 40 de soporte. En esta realización no hay árbol central ni horquillas en la parte central del variador. Por tanto, no existen restricciones físicas en esta parte central que puedan limitar el rango angular de las ruedas planetarias.

Al igual que en la realización de la figura 2, la inclinación de las ruedas 19 planetarias realiza un cambio en la relación de transmisión, que implica un movimiento axial relativo de la rueda de anillo y la rueda dentada madre. La rueda 40 de soporte puede moverse axialmente con respecto a la rueda de anillo o la rueda dentada madre, o puede mantenerse fija, pudiendo moverse la rueda de anillo y la rueda dentada madre axialmente. La rueda 40 de soporte puede rotar alrededor del eje 18 central. En ese caso, la rueda 40 de soporte se monta en cojinetes, colocados fuera del variador planetario y no se muestra en los dibujos. En lugar de una rueda 40 de soporte, puede usarse cualquier soporte alternativo para soportar las ruedas planetarias de la manera que se muestra en la figura 6.

El caso Lp = 0 se incluye igualmente en el alcance de la invención y corresponde a una realización en la que la parte 14 de árbol de la rueda planetaria se articula alrededor de un eje que es coplanar con los puntos de contacto entre la rueda planetaria y las superficies 20/21 de rodamiento.

En las realizaciones de las figuras 2 y 6, el eje 24 de bisagra corta el eje 25 de rotación de la parte 12 de rueda de la rueda 19 planetaria. Sin embargo, la invención no se limita a estas realizaciones. Al tiempo que permanece esencialmente perpendicular al plano formado por el eje 25 de rotación y el eje 18 central, el eje 24 de bisagra puede cruzar el eje 25 de rotación sin cortar, es decir, sin tener un punto en común. Las estructuras que se muestran en las figuras 2 o 6 pueden modificarse, por tanto, porque el eje 24 de bisagra, por ejemplo, puede desplazarse a la izquierda o a la derecha o hacia arriba o hacia abajo con respecto al eje 25 de rotación de la rueda planetaria. Cuando el eje 24 de bisagra no corta el eje 25 de rotación, sigue siendo posible calcular la forma de las superficies 20/21 de rodamiento de la rueda de anillo y de la rueda dentada madre en base a las condiciones para un rodamiento esencialmente sin taladro, es decir, los dos planos 26/27 que son tangenciales a las superficies 20/21 de rodamiento, en los puntos de contacto tangenciales con una rueda 19 planetaria, cortan el eje 25 de rotación de la parte 12 de rueda de dicha rueda 19 planetaria en un punto 28 del eje 18 central común, independientemente de la posición angular de dicha rueda 19 planetaria alrededor del eje 24 de bisagra.

Cuando el eje 24 de bisagra no corta el eje 25 de rotación de la rueda planetaria, dicho eje de bisagra se define como encontrándose entre la parte 12 de rueda de la rueda 19 planetaria y el punto 28 de intersección del eje 25 de rotación de la rueda planetaria y el eje 18’ central, cuando la línea perpendicular común entre el eje 24 de bisagra y el eje 25 de rotación de la rueda planetaria cortan el eje 25 de rotación de la rueda planetaria en un punto entre la parte 12 de rueda de la rueda 19 planetaria y el punto 28 de intersección del eje 25 de rotación de la rueda planetaria y el eje 18 central. Además, cuando el eje 24 de bisagra no corta el eje 25 de rotación de la rueda planetaria, el eje de bisagra se define como encontrándose más allá de la parte 12 de rueda de la rueda planetaria, tal como se observa desde el punto 28 de intersección entre el eje 25 de rotación de la rueda planetaria y el eje 18 central, cuando la línea perpendicular común entre el eje 24 de bisagra y el eje 25 de rotación de la rueda planetaria corta el eje 25 de rotación de la rueda planetaria en un punto ubicado más allá de la parte 12 de rueda de la rueda planetaria, tal como se observa desde el punto 28 de intersección entre el eje 25 de rotación de la rueda planetaria y el eje 18 central.

Las ruedas 19 planetarias que se muestran en las figuras 2 y 6 tienen una característica de construcción que es distinta de las ruedas planetarias aplicadas en los sistemas conocidos actualmente de este tipo. Con referencia a la figura 2, se observa que la parte 12 de rueda de la rueda 19 planetaria está montada directamente en los anillos exteriores del cojinete 13 de empuje y el cojinete 13’ radial. Del mismo modo, en la figura 6, la parte 12 de rueda planetaria se monta directamente en el anillo exterior del cojinete 13 de rodillo. Esta característica de montar directamente la parte de rueda en los cojinetes permite un diseño de rueda planetaria simplificado. Sin embargo, solo puede aplicarse cuando el tamaño de rueda planetaria pueda reducirse en comparación con los diseños existentes. Dado que el variador con bisagras excéntricas según la invención necesita menos espacio entre la rueda de anillo y la rueda dentada madre, la parte de rueda planetaria puede realizarse relativamente pequeña en diámetro. Por este motivo, el diseño de la rueda planetaria con la parte de rueda montada directamente en el anillo de cojinete es especialmente adecuado para un variador según la invención. Según realizaciones particulares, la parte 12 de rueda de la rueda planetaria y el anillo exterior del cojinete o cojinetes 13 o 13’ se produce como una sola pieza. Otras realizaciones son posibles en las que la parte 12 de rueda se monta directamente en el anillo exterior de un rodamiento mientras forma una pieza con el anillo exterior de un segundo cojinete.

Cualquier configuración conocida para el sistema del documento internacional WO2009/146748 también puede realizarse con el variador de la presente invención. Por tanto, la invención está igualmente relacionada con una transmisión variable o con una transmisión variable reversible que comprende uno o más variadores planetarios según la invención. Cualquier transmisión de este tipo puede realizarse integrando el variador planetario de la invención en las transmisiones variables reversibles o variables descritas en el documento internacional WO2009/146748.

Aunque la invención se ha ilustrado y descrito detalladamente en los dibujos y en la descripción anterior, tales ilustración y descripción deben considerarse de manera ilustrativa o a modo de ejemplo y no de manera limitativa. Otras variaciones de las realizaciones dadas a conocer pueden ser comprendidas y realizadas por los expertos en la técnica al llevar a la práctica la invención reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, la divulgación y las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la palabra “que comprende” no excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido “un” o “una” no excluye una pluralidad. El mero hecho de que determinadas medidas se reciten en reivindicaciones dependientes diferentes unas con respecto a otras no indica que una combinación de estas medidas no pueda utilizarse en beneficio propio. Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no debe interpretarse en el sentido de que limita el alcance.

Lista de números de referencia

Variador de la técnica anterior (figura 1)

1: árbol principal

2: rueda de anillo

3: rueda planetaria

4: rueda dentada madre

5: eje central

7: horquilla planetaria

8: bisagra

9: eje de bisagra

Variador según la invención (figuras 2-6)

12: parte de rueda de rueda planetaria

13: cojinete

13’: cojinete radial

14: parte de árbol de rueda planetaria

15: árbol principal

16: rueda de anillo

17: rueda dentada madre

18: eje central

19: rueda planetaria

20: superficie de rodamiento en rueda de anillo

21: superficie de rodamiento en rueda dentada madre

22: horquilla

23: articulación de bisagra

24: eje de bisagra

25: eje de rotación de parte de rueda de rueda planetaria, también denominado en algunos casos en esta descripción ‘eje de rotación de rueda planetaria’

: tangente a superficie de rodamiento de rueda de anillo en punto de contacto con rueda planetaria

: tangente a superficie de rodamiento de rueda dentada madre en punto de contacto con rueda dentada madre : punto de intersección de tangentes con eje central

: extensión radial

: pata central de horquilla

: patas laterales de horquilla

: rueda de soporte

: articulación de bisagra en rueda de soporte

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un variador planetario aplicable en una transmisión variable para realizar una relación de velocidad y par variables, comprendiendo el variador una rueda (16) de anillo, al menos dos ruedas (19) planetarias y una rueda (17) dentada madre, en el que:

• la rueda de anillo y la rueda dentada madre son cuerpos axisimétricos colocados con respecto a un eje (18) de simetría central común,

• las ruedas (19) planetarias comprenden una parte (14) de árbol y una parte (12) de rueda que puede rotar alrededor de la parte de árbol, teniendo la parte de árbol un eje (25) central longitudinal, siendo dicho eje también el eje de rotación de la parte (12) de rueda,

• cada rueda (19) planetaria puede rotar libremente alrededor de un eje (24) de bisagra que está orientado esencialmente en perpendicular con respecto al plano definido por el eje (18) central común y el eje (25) de rotación de la parte (12) de rueda de la rueda (19) planetaria,

• la interacción entre las ruedas se realiza mediante un movimiento de rodamiento de una superficie de rodamiento proporcionada en cada una de las partes (12) de rueda de las ruedas planetarias, sobre las superficies (20,21) de rodamiento proporcionadas en la rueda (16) de anillo y la rueda (17) dentada madre, en la que los dos planos (26, 27) que son tangenciales a las superficies (20,21) de rodamiento de la rueda de anillo y la rueda dentada madre, en los puntos de contacto tangenciales con una rueda (19) planetaria, cortan el eje (25) de rotación de la parte (12) de rueda de dicha rueda (19) planetaria en un punto (28) del eje (18) central común, independientemente de la posición angular de dicha rueda (19) planetaria alrededor del eje (24) de bisagra,

y en el que:

el eje (24) de bisagra de cada una de las ruedas (19) planetarias es excéntrico al eje (18) central común con excentricidad constante, y

una distancia entre la parte (12) de rueda y el eje (24) de bisagra es constante,

caracterizado porque el variador planetario está configurado para accionar un cambio de la posición (g) angular de las ruedas (19) planetarias y, por tanto, un cambio de una relación de transmisión mediante un movimiento axial relativo entre el eje (24) de bisagra y la rueda (16) de anillo y/o un movimiento axial relativo entre el eje (24) de bisagra y la rueda (17) dentada madre.

2. El variador planetario según la reivindicación 1, en el que el eje (24) de bisagra corta el eje (25) de rotación de la rueda (19) planetaria.

3. El variador planetario según la reivindicación 1 o 2, en el que el eje (24) de bisagra está ubicado entre la parte (12) de rueda de la rueda (19) planetaria y el punto (28) de intersección del eje (25) de rotación de rueda planetaria y el eje (18) central.

4. El variador planetario según la reivindicación 3, en el que el variador comprende un árbol (15) central dotado de una extensión (30) radial y en el que la parte (14) de árbol de las ruedas (19) planetarias está conectada de manera rotatoria a la extensión radial a través de una articulación (23) de bisagra.

5. El variador planetario según la reivindicación 4, en el que la parte (14) de árbol de las ruedas (19) planetarias está dotada de una horquilla (22) que puede rotar alrededor de la articulación (23) de bisagra, con respecto a la extensión (30) radial.

6. El variador planetario según la reivindicación 5, en el que la horquilla (22) tiene un cuerpo (33) principal, una parte (31) de pata central y dos partes (32) de pata laterales, extendiéndose las tres partes de pata alejándose del cuerpo (33) principal y estando conectadas a la articulación (23) de bisagra.

7. El variador planetario según la reivindicación 1 o 2, en el que el eje (24) de bisagra está ubicado más allá de la parte (12) de rueda de la rueda planetaria, tal como se observa desde el punto (28) de intersección del eje (25) de rotación de la rueda planetaria con el eje (18) central.

8. El variador planetario según la reivindicación 7, en el que el variador comprende una rueda (40) de soporte montada coaxialmente con la rueda (16) de anillo y la rueda (17) dentada madre y en el que la parte (14) de árbol de la rueda planetaria está conectada de manera rotatoria con la rueda de soporte a través de una articulación (41) de bisagra.

9. El variador planetario según la reivindicación 8, en el que la articulación de bisagra está incorporada en la rueda (40) de soporte.

10. El variador planetario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie de rodamiento de la parte (12) de rueda de al menos una de las ruedas (19) planetarias tiene la forma de un círculo, tal como se observa en una sección transversal con un plano a través del eje (25) de rotación de dicha parte de rueda.

11. El variador planetario según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la superficie de rodamiento de la parte (12) de rueda de al menos una de las ruedas (19) planetarias tiene una forma no circular, tal como se observa en una sección transversal con un plano a través del eje (25) de rotación de dicha parte de rueda.

12. El variador planetario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la parte (12) de rueda de al menos una de las ruedas (19) planetarias rota alrededor de la parte (14) de árbol a través de uno o más cojinetes (13,13’), teniendo dicho cojinete o cojinetes un anillo interior y un anillo exterior, y en el que la parte (12) de rueda está montada directamente sobre el anillo exterior de al menos uno de los cojinetes.

13. El variador planetario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la parte (12) de rueda de la rueda (19) planetaria rota alrededor de la parte (14) de árbol a través de uno o más cojinetes (13,13’), teniendo dicho cojinete o cojinetes un anillo interior y un anillo exterior, y en el que la parte (12) de rueda forma una sola pieza con el anillo exterior de al menos uno de los cojinetes.

14. Transmisión variable o reversible variable que comprende uno o más variadores planetarios según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.