ITPZ20120008A1 - Variatore di velocita' continuo adattativo ad alte prestazioni - Google Patents

Description

Variatore di Velocità continuo adattativo ad alte prestazioni

Ε' noto che la trasmissione del moto da un motore primo ad un utilizzatore avviene sempre mediante l'interposizione di opportuni meccanismi, denominati solitamente cambi o riduttori, costituiti da una serie di ingranaggi aventi dimensioni tali da realizzare la desiderata riduzione o moltiplicazione della velocità angolare e della coppia motrice fornita dal motore primo. Questi cambi offrono un numero limitato di rapporti di variazione della velocità. Basti pensare alle applicazioni automobilistiche in cui la scelta à ̈ generalmente limitata a cinque/sei rapporti (trasmissioni meccaniche) per tutto il campo di utilizzo del motore e del veicolo limitando, di fatto, la possibilità di azionare il motore primo in condizioni di coppia massima (massimizzazione della ripresa) o di minimo consumo (massimizzazione dell’efficienza).

Tentativi per eliminare i problemi connessi all'uso di trasmissioni meccaniche, a limitato numero di rapporti di trasmissione, sono stati effettuati mediante l'adozione dei cosiddetti variatori di velocità continui (Continuously Variable Transmission CVT) e tra questi, quelli a pulegge a sezione variabile sono quelli maggiormente diffusi. Questi variatori sfruttano il principio secondo cui una cinghia di trasmissione a sezione trapezoidale (V-belt), può essere posta in rotazione mediante due pulegge (puleggia motrice e condotta) aventi la possibilità di variare la distanza tra le due flange coniche (semi-puleggia) costituenti la singola puleggia. Variando tale distanza, la cinghia di trasmissione, avente sezione trasversale trapezoidale, si incunea nella puleggia ad una distanza (raggio di avvolgimento) più o meno distante dall'asse di rotazione della puleggia. In pratica queste trasmissioni possono variare simultaneamente (con dispositivi noti ed omessi per maggiore chiarezza espositiva) la distanza tra le flange coniche delle due pulegge costituenti la trasmissione stessa, in maniera da lasciare invariata la lunghezza massima della cinghia che vi si avvolge. Variando la distanza tra le flange delle due pulegge si costringe la cinghia di trasmissione del moto ad avvolgersi a raggi diversi sulle due pulegge, realizzando la desiderata variazione del rapporto Variatore di Velocità continuo adattativo ad alte prestazioni

di trasmissione tra la puleggia motrice e quella trascinata, in un intervallo di variazione praticamente continuo tra il rapporto di trasmissione minimo e massimo realizzabile.

Tale schema di trasmissione variabile trova numerose applicazioni sia in ambito industriale che motoristico, con un deciso predominio nel campo delle trasmissioni per scooter. In questo ultimo caso le relativamente basse coppie motrici da trasmettere consentono l’utilizzo di cinghie in materiale sintetico, che rendono questi variatori particolarmente silenziosi ed economici contribuendo ad aumentare la facilità di guida del veicolo che li utilizza.

Il comando di “apertura†e “chiusura†(variazione del rapporto di trasmissione) avviene (in maniera praticamente generalizzata) sostanzialmente mediante un sistema automatico basato sullo spostamento di masse (in genere a forma di un rullo metallico rivestito di materiale sintetico a basso attrito) inserite nella semi-puleggia mobile, della puleggia motrice, che, centrifugate, si spostano in appositi canali fornendo la forza necessaria allo spostamento delle semi -pulegge realizzando, quindi, la variazione del rapporto di trasmissione. Questo ultimo schema di funzionamento (automatico) consente una azione di variazione del rapporto di trasmissione particolarmente fluida ed efficace tanto che à ̈ quella generalmente adottata su innumerevoli applicazioni che vanno dagli scooter alle micro-vetture alle motoslitte. Nonostante gli indubbi successi conseguiti, le trasmissioni CVT a pulegge ad azionamento automatico presentano ancora una serie di inconvenienti che ne riducono i benefici. Tra i principali inconvenienti riscontrabili nel funzionamento dei CVT à ̈ senza dubbio da annoverare la “rigidezza†del dispositivo di azionamento del variatore. Rigidezza intesa nel senso che una volta stabilite la massa dei singoli “rulli†da centrifugare, i profili delle piste di scorrimento dei rulli di comando stessi e la tensione della molla di precarico (di solito montata sulla puleggia condotta), la legge di variazione del rapporto di trasmissione viene determinato solo dalla velocità angolare del motore (quindi dell’albero su cui à ̈ calettata Variatore di Velocità continuo adattativo ad alte prestazioni -

la puleggia motrice del variatore) questo, a prescindere sia dal livello di coppia da trasmettere sia dalla “rapidità†con cui il guidatore richiede accelerazione al mezzo che sta guidando. In altre parole se il pilota decide di richiedere una accelerazione rapida del mezzo, non fa altro che aprire rapidamente e completamente l’acceleratore inviando, quindi, un comando di richiesta di massima potenza. Il sistema risponde variando il rapporto di trasmissione (allungandolo) in funzione della velocità di rotazione del motore, ignorando completamente la richiesta di rapida accelerazione proveniente dal pilota, rispondendo solo alla velocità angolare raggiunta dal propulsore. Ovviamente la risposta del sistema può essere variata cambiando la massa dei rulli di comando e/o il precarico della molla di contrasto (usualmente montata sulla puleggia condotta). In pratica adottando rulli più leggeri e/o una molla di precarico più rigida, il sistema effettuerà la variazione del rapporto di trasmissione ad un regime di rotazione del motore più elevato consentendo, quindi, una guida più “sportiva†. Un appesantimento dei rulli e/o ammorbidimento della molla di contrasto, anticipa la variazione del rapporto di trasmissione con conseguente guida del mezzo più “tranquilla†. In ogni caso una volta che il variatore à ̈ stato “settato†, la sua risposta à ̈ funzione solo della velocità angolare del primario. Questo comporta che la variazione (automatica) del rapporto di trasmissione fa sì che il surplus di coppia necessaria ad accelerare il veicolo (forza necessaria a variare la quantità di moto del mezzo) si riduca (rapporto di trasmissione allungato) con conseguente riduzione dell’ accelerazione del veicolo. Questo fenomeno, ben noto, non à ̈ presente nei veicoli dotati di cambio tradizionale comandato dall’esterno (con un numero finito di rapporti di trasmissione) dato che in presenza di una richiesta di massima accelerazione del mezzo, il pilota semplicemente “ritarda†il cambio marcia mantenendo quindi (per quanto consentito dal veicolo) un rapporto più corto, massimizzando la forza disponibile per l’accelerazione del mezzo. In maniera simmetrica rispetto al problema dell’accelerazione vi à ̈ quello della decelerazione. In effetti i normali variatori regolando il Variatore di Velocità continuo adattativo ad alte prestazioni -

rapporto di trasmissione in base alla velocità dell’albero primario (quindi della semipuleggia contenente i rulli di comando) nella fase di rilascio (chiusura parziale o totale dell’acceleratore) continuano a rimanere sostanzialmente nella posizione di “apertura†(rapporto lungo) raggiunta nella precedente fase di accelerazione o di media/alta velocità a causa del fatto che il mezzo pur non ricevendo coppia dal motore, riceve una spinta dall’inerzia del mezzo che impone una alta rotazione al sistema impedendo la chiusura del variatore, questo fenomeno viene accentuato nelle decelerazioni effettuate su strade a pendenza negativa (discese). La mancata o ridotta “chiusura†delle pulegge mantiene, sostanzialmente, un rapporto “lungo†con riduzione sensibile dell’effetto di freno motore. Questo inconveniente non à ̈ presente nei cambi meccanici o nei variatori con apertura servoassistita dato che il pilota può inserire una marcia più corta per facilitare la decelerazione del veicolo sfruttando maggiormente il cosiddetto “freno motore†. Questo tipo di inconvenienti (rigidezza del sistema) si ripresenta ogni volta che si adottano cambi più o meno automatizzati come i CVT per scooter.

Descrizione del funzionamento del trovato

Il trovato ovvia a queste difficoltà mediante il disaccoppiamento della semi-puleggia mobile (contenente i rulli di comando) della puleggia motrice, dall’albero primario. Occorre ricordare che la semi-puleggia mobile, dovendo essere libera di traslare assialmente, per poter variare il rapporto di trasmissione, à ̈ resa solidale all’albero motore mediante un piattello che si innesta (in genere con un accoppiamento scanalato o con altro mezzo noto ed omesso per brevità) all’albero motore e che funge da piattello reggispinta per i rulli di comando centrifugati. In pratica i rulli posti in rotazione con la puleggia mobile, vengono forzati a muoversi radialmente (per forza centrifuga) e, incuneandosi tra il piattello reggispinta e le scanalature presenti nella semi-puleggia mobile, costringono quest’ultima a subire uno Variatore di Velocità continuo adattativo ad alte prestazioni -

spostamento assiale. Il piattello reggispinta trascina in rotazione la semi-puleggia, dato che si innesta in una serie di incavi periferici in cui scorrono delle apposite sporgenze presenti nella semi-puleggia mobile, in modo da rendere la semi-puleggia mobile sincrona con la semipuleggia fissa. Tra piattello reggispinta e sporgenze presenti sulla semi-puleggia mobile vengono inseriti, usualmente, degli inserti in materiale sintetico che riducono il gioco ed ammortizzano i piccoli urti rendendo il funzionamento silenzioso. Il trovato provvede sostanzialmente al disaccoppiamento tra semi-puleggia mobile e piattello reggispinta, ovvero tra semi-puleggia mobile ed albero motore. Questo disaccoppiamento, svincolando la semipuleggia dall’albero motore, consente uno slittamento relativo tra la semi-puleggia fìssa (solidale all’albero primario) e la semi-puleggia mobile. In questo modo ad una rapida accelerazione (rapido incremento di coppia da trasmettere) il sistema risponderà con uno slittamento relativo tra le semi-puleggie, ovvero con un piccolo ritardo nell’incremento della velocità di rotazione della semi-puleggia mobile, con conseguente ritardo di centrifugazione dei rulli di comando e, quindi, della variazione del rapporto di trasmissione. In questo modo si ottiene l’effetto di “allungare†la cambiata (mantenimento di un rapporto corto) con conseguente incremento dell’accelerazione del veicolo. L’effetto contrario à ̈ ottenibile nel caso di decelerazione rapida (rapida chiusura dell’acceleratore) in cui lo slittamento conseguente all’inversione di coppia consente una riduzione del rapporto di trasmissione con conseguente incremento dell’effetto di “freno motore†. In pratica il trovato consente di adattare la velocità di cambiata allo stile di guida del pilota. Infatti una brusca accelerazione, imponendo al variatore una coppia da trasmettere più elevata, provocherà un maggiore slittamento della semi-puleggia mobile con conseguente ritardo nell’azione dei rulli e ritardo nella variazione del rapporto di trasmissione. Una accelerazione meno brusca provocherà un minore slittamento della semi-puleggia mobile con conseguente ripristino dell’azione di variazione del rapporto di trasmissione impostato sul variatore. A questo punto ci si potrebbe Variatore di Velocità continuo adattativo ad alte prestazioni

chiedere come può essere posta in rotazione la semipuleggia mobile una volta svincolata dall’albero primario. La risposta a questa domanda risiede nel fatto che questi dispositivi trasmettono il moto per attrito tra cinghie trapezoidali e pulegge coniche. Dato che la cinghia trapezoidale à ̈ forzata ad incunearsi nel canale formato dalle due semi-pulegge, con una forza imposta dalla molla di precarico, l’attrito della cinghia sulla puleggia mobile costringerà questa ultima a ruotare praticamente alla stessa velocità della semi-puleggia fìssa, inoltre l’attrito che si realizza sul dispositivo di scollegamento (boccola o altro dispositivo noto) contribuirà ad eliminare lo slittamento della semi-puleggia quando quest’ultima incrementa la propria velocità angolare variando, quindi, il rapporto di trasmissione riducendo, conseguentemente, la coppia motrice da trasmettere. Questo ad eccezione delle fasi di cambio rapido del rapporto di trasmissione (rapida accelerazione del veicolo). In questa fase le coppie da trasmettere subiscono rapide variazioni e la semi-puleggia mobile subisce il già citato effetto di slittamento descritto in precedenza.

Per una migliore comprensione del trovato viene ora data una descrizione non limitativa di un esempio di realizzazione del medesimo con riferimento ai disegni annessi, che illustrano una vista schematica semplificata di un variatore e della flangia munita della boccola (o altro dispositivo noto) di slittamento secondo i dettami dell'invenzione.

Nella Tavola 1 à ̈ possibile osservare una vista assonometrica d’assieme schematica del disegno esploso della semi-puleggia mobile della puleggia motrice, che costituisce l’oggetto della presente invenzione. La semi-puleggia riportata nella Tavola 1 à ̈ costituita dalla semipuleggia (1) in cui sono visibili i rulli (2) inseriti nelle piste di scorrimento ricavate in (1), lo spinotto (3) su cui scorre la semi-puleggia (1), il piattello reggi spinta (4) ed la boccola di disaccoppiamento (scorrimento) (5) che costituisce l’oggetto del trovato.

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Nella Tavola 2 à ̈ riportata una seconda vista in sezione della puleggia motrice completa costituita dall’accoppiamento della semi-puleggia mobile (1) e della semi-puleggia fissa. Nella Tavola 2 à ̈ riportata la sezione A e la sezione B riguardanti rispettivamente la puleggia in posizione di chiusura (cinghia trapezoidale impegnata sul massimo diametro delle semipuleggie coniche) ed in posizione di apertura (cinghia trapezoidale impegnata sul diametro minimo delle semi-puleggie coniche). Nella Tavola 2 à ̈ possibile osservare la semi-puleggia (1), i rulli (2), lo spinotto (3) su cui scorre la semi-puleggia (1), il piattello reggi spinta (4), la boccola di disaccoppiamento (5), la semi-puleggia fìssa (6), l’albero motore (7) su cui si innesta il variatore, il dado di bloccaggio delle semi-puleggie (8) e la cinghia trapezoidale (9). Come à ̈ possibile notare la semi-puleggia (1) à ̈ libera di ruotare sullo spinotto (3) dato che il piattello (4) non à ̈ bloccato dal dado (8) essendo interposto tra quest’ultimo, con funzione di chiusura a “pacco†della boccola (5) dello spinotto (3) e della semi puleggia fissa (6) contro lo spallamento dell’albero (7), la boccola (o latro dispositivo noto) (5).

Il funzionamento del trovato secondo i dettami dell’invenzione à ̈ il seguente:

Durante il normale funzionamento del variatore la puleggia motrice calettata sull’albero (7) viene posta in rotazione trasmettendo il moto alla puleggia condotta (non indicata per maggiore chiarezza espositiva) tramite la cinghia trapezoidale (9), quest’ultima à ̈ impegnata tra le due semi-puleggie (1) e (6) ed à ̈ trascinata in movimento per attrito. In genere il carico necessario a tendere la cinghia trapezoidale (9) à ̈ assicurata da una molla di contrasto montata sulla puleggia condotta. In funzione della velocità di rotazione del motore, quindi della puleggia motrice, le masse (2) vengono centrifugate muovendosi verso la periferia della semipuleggia (1) forzando la semi-puleggia (1) a muoversi assialmente sullo spinotto (3) “chiudendo†la puleggia mobile e costringendo la cinghia trapezoidale (9) a impegnarsi su di un diametro maggiore della puleggia motrice e, di conseguenza, su di un diametro inferiore sulla puleggia condotta, realizzando la variazione del rapporto di trasmissione voluto.

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Allorquando la variazione dei velocità dei motore tende ad essere brusca (rapida accelerazione

del motore imposta dal conducente) la semi-puleggia mobile (1), dovendo trasmettere una

coppia elevata tenderà a subire uno slittamento sulla boccola (5) vincendo la resistenza di

attrito che si realizza tra piattello (4) e boccola (5) e tra semi-puleggia (1) e cinghia

trapezoidale (9) ritardando la sua velocità di rotazione con conseguente ritardo della

centrifugazione delle masse (2). Questo ritardo, tanto più elevato quanto più à ̈ intensa

l’accelerazione imposta dal motore, immetterà un ritardo nella variazione di posizione della

semi-puleggia (1) e, di conseguenza della cinghia trapezoidale (9) ritardando la variazione del

rapporto di trasmissione con conseguente “allungamento†del tempo di cambiata e maggiore

accelerazione del veicolo che adotta il trovato. Al termine della fase di intensa accelerazione

la semi -puleggia (1) non più costretta a trasmettere una coppia elevata terminerà di slittare

ripristinando il consueto funzionamento di un variatore di velocità a cinghia trapezoidale e

pulegge coniche. i

Claims (3)

1. Variatore dì Velocità continuo adattativo ad alte prestazioni - RIVENDICAZIONI 1) Trasmissione a Variazione Continua (CVT) ad alte prestazioni caratterizzato da essere formato da: Due pulegge coniche di cui una motrice ed una condotta, ognuna formata da due semi-puleggie, di cui almeno una mobile (1) (6), aventi la possibilità di traslare assialmente, in modo da variare la loro distanza relativa e consentire l’inserimento di una cinghia trapezoidale (9) a distanza variabile rispetto all’asse di rotazione delle pulegge in modo da poter realizzare un rapporto di trasmissione variabile; Caratterizzata dalla presenza di una serie di masse (2) (sagomate a forma di rullo od altra forma opportuna) libere di muoversi in apposite piste di scorrimento ricavate in una delle due semi-puleggie mobile (1) formanti le pulegge del variatore; Dalla presenza di un piattello di contrasto (4) su cui possono scorrere le masse (2) che si innesta sulla semi-puleggia (1) in modo da ruotare in maniera solidale con la semipuleggia (1); Da una boccola o piattello (5) in grado di innestarsi sul piattello (4) e consentirgli una rotazione relativa rispetto all’albero motore (7) anche con il variatore assemblato e funzionante; Da uno spinotto (3) su cui può scorre assialmente e ruotare la semi-puleggia (1) e che stabilisca la posizione relativa della boccola (5), quindi del piattello di contrasto (4) rispetto alla semi-puleggia fissa (6) una volta montato il variatore e fissando il tutto mediante il dado (8) o altro dispositivo di bloccaggio.
2. 2) Trasmissione a Variazione Continua (CVT) secondo le rivendicazioni 1 caratterizzato dallo sfruttare la forza generata dalla centrifugazione delle masse (2) che, in funzione della velocità di rotazione del motore (quindi della puleggia in cui le masse sono inserite), generano una forza tale da far traslare la semi-puleggia (1), incuneandosi tra le piste di scorrimento presenti nella semi-puleggia (1) ed il piattello di contrasto (4), in modo da vincere la resistenza imposta dal meccanismo di contrasto (molla Variatore di Velocità continuo adattativo ad alte prestazioni - elicoidale usualmente) montato sulla puleggia condotta, e consentire la traslazione radiale della cinghia trapezoidale di trasmissione del moto, in modo da realizzare un rapporto di trasmissione variabile con la velocità di rotazione della puleggia motrice.
3. 3) Trasmissione a Variazione Continua (CVT) secondo le rivendicazioni 1 e 2 caratterizzato dalla presenza di una boccola di scorrimento (5) in grado di svincolare il piattello (4), quindi la semi-puleggia (1), dall’albero motore (7) in modo che, in presenza di una brusca accelerazione, la semi-puleggia (1) possa subire uno slittamento limitato sullo spinotto (3) con conseguente ritardo di incremento della velocità angolare di rotazione, conseguente ritardo nella centrifugazione delle masse (2), conseguente ritardo nella variazione del rapporto di trasmissione e conseguente incremento dell’accelerazione del veicolo che adotta il trovato.