ITRM20100250A1 - CONTINUOUS SPEED VARIATOR - Google Patents
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Description
“VARIATORE CONTINUO DI VELOCITÀ†⠀ œCONTINUOUS SPEED VARIATOR â €
La presente invenzione ha per oggetto un variatore continuo di velocità . The present invention relates to a continuous speed variator.
Il brevetto italiano n. 1309654, concesso il 30 gennaio 2002 a Giancarlo Moiso, descrive un dispositivo con il quale viene trasmesso il moto da un albero motore ad un albero condoto mediante un primo ed un secondo gruppo di ingranaggi epicicloidali, ognuno comprendente un planetario e due satelliti in presa con esso. Il primo gruppo di ingranaggi epicicloidali à ̈ interno, mentre il secondo gruppo di ingranaggi epicicloidali à ̈ esterno, e i satelliti del gruppo interno sono solidali con i satelliti del gruppo esterno, ma hanno rapporti diversi. Il planetario del gruppo interno à ̈ solidale coll’albero condotto; su di esso il planetario del gruppo esterno à ̈ montato folle, mentre un disco à ̈ montato solidale. Il moto in ingresso viene trasmesso dall’albero motore mediante una ruota epicicloidale in presa con i satelliti del gruppo interno, mentre il moto in uscita à ̈ in parte trasmesso dal planetario del gruppo interno e in parte con un impegno a frizione, ad esempio, mediante un freno magnetico che à ̈ solidale al planetario del gruppo interno ed agisce per attrito sul disco solidale all’albero condotto. The Italian patent n. 1309654, granted on January 30, 2002 to Giancarlo Moiso, describes a device with which motion is transmitted from a drive shaft to a driven shaft by means of a first and a second group of planetary gears, each comprising a planetary gear and two satellites in engagement with it. The first group of planetary gears is internal, while the second group of planetary gears is external, and the satellites of the internal group are integral with the satellites of the external group, but have different ratios. The planetary of the internal group is integral with the driven shaft; on it the planetary of the external group is mounted idle, while a disk is mounted integral. The input motion is transmitted by the crankshaft by means of an epicyclic wheel in engagement with the satellites of the internal group, while the output motion is partly transmitted by the planetary gear of the internal group and partly with a friction engagement, for example , by means of a magnetic brake which is integral with the planetary of the internal group and acts by friction on the disk integral with the driven shaft.
Il breveto citato vuole “fornire in ogni istante la coppia ottimale, in modo automatico e con limitate perdite d’attrito†, in altre parole un convertitore automatico di coppia, come dichiarato dal suo inventore nel stesso titolo The cited patent aims to â € œprovide the optimal torque at all times, automatically and with limited friction lossesâ €, in other words an automatic torque converter, as stated by its inventor in the same title
dell’ invenzione: “Convertitore di coppia continuo automatico, a slittamento frenato, facente uso di rotismo epicicloidali†. of the invention: â € œ Automatic continuous torque converter, with braked slip, using planetary gearsâ €.
Il dispositivo descritto à ̈ relativamente semplice, ed ha un funzionamento affidabile. Tuttavia, dal momento che à ̈ realizzato completamente con ingranaggi epicicloidali, il dispositivo risulta alquanto costoso, e gli ingranaggi tendono ad usurarsi facilmente col tempo. The described device is relatively simple, and has reliable operation. However, since it is made entirely of planetary gears, the device is quite expensive, and the gears tend to wear out easily over time.
In una ricerca fornita dall’Ufficio Italiano Brevetti e Marchi sull’oggetto della presente invenzione à ̈ stato citato il brevetto N° 23,874 del 1906, che descrive un meccanismo di trasmissione di potenza comprendente, fra l’altro, un innesto a ruota libera ed un freno. Nel meccanismo secondo il brevetto inglese N° 23,874 la trasmissione del moto dall’albero motore all’albero condotto avviene attraverso un albero intermedio. L’albero motore à ̈ collegato a questo albero intermedio mediante un primo accoppiamento a ruote dentate cilindriche, servendo, soltanto per l’inversione del moto, un secondo accoppiamento a ruote dentate cilindriche fra l’albero motore e l’albero intermedio, in alternativa al primo accoppiamento. Inoltre, sull’albero intermedio à ̈ montato folle l’innesto a ruota libera per il secondo accoppiamento a ruote dentate cilindriche, e solidale ad esso un freno a tamburo. Coassiale al freno a tamburo e solidalmente girevole con esso à ̈ una prima ruota conica. Con questa prima ruota conica sono impegnati due o più pignoni conici di trasmissione portati su relativi alberi radiali fìssati sull’albero intermedio. I pignoni conici, da parte opposta alla prima ruota conica, sono impegnati con una seconda mota conica in un sol pezzo con un albero condotto liberamente girevole su di un’estremità dell’albero intermedio. In a research provided by the Italian Patent and Trademark Office on the subject of the present invention, patent No. 23,874 of 1906 was cited, which describes a power transmission mechanism including, among other things, a free wheel and a brake. In the mechanism according to the English patent N ° 23,874, the transmission of motion from the driving shaft to the driven shaft occurs through an intermediate shaft. The crankshaft is connected to this intermediate shaft by means of a first coupling with cylindrical gear wheels, serving, only for the inversion of the motion, a second coupling with cylindrical gears between the crankshaft and the shaft intermediate, as an alternative to the first coupling. Furthermore, the freewheel clutch for the second coupling with cylindrical gear wheels is mounted idle on the intermediate shaft, and a drum brake is integral with it. Coaxial to the drum brake and integrally rotating with it is a first bevel wheel. Two or more bevel transmission pinions are engaged with this first bevel gear, carried on relative radial shafts fixed on the intermediate shaft. The bevel pinions, on the opposite side to the first bevel wheel, are engaged with a second bevel gear in one piece with a freely rotatable driven shaft on one end of the intermediate shaft.
La disposizione di mote e pignoni conici somiglia ad un differenziale, ma in questo caso il moto dall’albero motore viene trasmesso ai pignoni conici tramite gli alberi radiali e non mediante una scatola portatreno differenziale che à ̈ assente nel meccanismo del brevetto inglese. Per l’assenza dell’albero intermedio, per la diversa disposizione del freno e del differenziale, per la presenza di una doppia coppia di mote dentate cilindriche nella presente invenzione, l’inventore ritiene che la tecnica anteriore più vicina sia quella costituita dal brevetto italiano sopra citato con il quale condivide la stessa finalità . The arrangement of wheels and bevel pinions resembles a differential, but in this case the motion from the crankshaft is transmitted to the bevel pinions through the radial shafts and not through a differential gearbox which is absent in the mechanism of the English patent. Due to the absence of the intermediate shaft, to the different arrangement of the brake and the differential, to the presence of a double pair of cylindrical toothed wheels in the present invention, the inventor believes that the closest prior art is the one constituted from the aforementioned Italian patent with which it shares the same purpose.
Lo scopo del presente trovato à ̈ quindi quello di fornire un variatore di velocità che utilizzi soltanto un differenziale ed ingranaggi cilindrici sempre in presa che sono più semplici, meno costosi e meno suscettibili di usurarsi degli ingranaggi epicicloidali. The object of the present invention is therefore to provide a speed variator which uses only a differential and cylindrical gears always engaged which are simpler, less expensive and less susceptible to wear than the planetary gears.
Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un variatore continuo di velocità , comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni. The specified technical task and the specified purposes are substantially achieved by a continuous speed variator, comprising the technical characteristics set forth in one or more of the appended claims.
Il variatore continuo di velocità secondo l’invenzione à ̈ in grado di adeguare automaticamente e in modo continuo la velocità di rotazione di un albero condotto al variare della coppia resistente applicata sull’albero stesso, mantenendo costanti i valori di coppia e numero di giri dell’albero motore, e quindi in costanza di potenza applicata. The continuous speed variator according to the invention is able to automatically and continuously adapt the rotation speed of a driven shaft to the variation of the resistant torque applied to the shaft itself, keeping the torque and number of values constant. revolutions of the crankshaft, and therefore in constant power applied.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una sua forma di realizzazione preferita ma non esclusiva, come illustrato nell’unito disegno in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the indicative, and therefore non-limiting, description of a preferred but not exclusive embodiment thereof, as illustrated in the accompanying drawing in which:
- la figura 1 à ̈ una rappresentazione schematica in pianta di un variatore continuo di velocità secondo la presente invenzione. - figure 1 is a schematic plan view of a continuous speed variator according to the present invention.
Facendo riferimento alla figura 1 , in essa à ̈ indicato con 1 un primo albero, con 2 un secondo albero, collegati insieme con l’interposizione di due coppie di ruote cilindriche 3, 4 e 5, 6 reciprocamente accoppiate ed un differenziale 7. Per semplicità , non sono mostrati la scatola, né gli appoggi di alberi e ruote. Tra le ruote di una coppia di ruote può essere inserita un’ulteriore ruota (non mostrata) per ottenere l’inversione del moto. Pertanto si comprende che per il funzionamento del variatore secondo l’invenzione le ruote cilindriche sono sufficientemente quattro o eventualmente cinque. Referring to figure 1, it indicates 1 a first shaft, 2 a second shaft, connected together with the interposition of two pairs of cylindrical wheels 3, 4 and 5, 6 mutually coupled and a differential 7. For simplicity, the box is not shown, nor the supports of trees and wheels. An additional wheel (not shown) can be inserted between the wheels of a pair of wheels to reverse the motion. Therefore it is understood that for the operation of the variator according to the invention the cylindrical wheels are sufficiently four or possibly five.
Le due coppie di ruote 3, 4 e 5, 6 hanno divereo rapporto di riduzione. In particolare, le ruote 4 e 5 sono collegate a rispettivi planetari (non mostrati) del differenziale 7, per cui , nel seguito, la ruota 4 verrà chiamata prima ruota cilindrica di planetario 4, e la ruota 5 verrà chiamata seconda ruota cilindrica di planetario 5. La ruota 3 sarà chiamata ruota cilindrica fìssa 3. La ruota 6 verrà chiamata ruota cilindrica innestabile 6, in quanto à ̈ montata sul primo albero 1 mediante interposizione di un dispositivo a ruota libera 8, che consente lo scorrimento della ruota cilindrica innestabile 6 nel verso contrario al verso di rotazione del primo albero 1. Sulla ruota cilindrica innestabile 6 à ̈ applicato un fieno 9 in grado di opporre una resistenza graduabile alla rotazione. Con freno 9 si intende qualsiasi sistema di frenatura atto ad agire sulla ruota cilindrica innestabile 6. The two pairs of wheels 3, 4 and 5, 6 have different reduction ratios. In particular, the wheels 4 and 5 are connected to respective planetaries (not shown) of the differential 7, so that, in the following, the wheel 4 will be called the first cylindrical planetary wheel 4, and the wheel 5 will be called the second cylindrical planetary wheel. 5. The wheel 3 will be called fixed cylindrical wheel 3. The wheel 6 will be called the engageable cylindrical wheel 6, as it is mounted on the first shaft 1 by interposition of a free wheel device 8, which allows the cylindrical wheel to slide engageable 6 in the opposite direction to the direction of rotation of the first shaft 1. On the engageable cylindrical wheel 6 is applied a hay 9 capable of opposing a graduable resistance to rotation. By brake 9 we mean any braking system adapted to act on the engageable cylindrical wheel 6.
Si supponga che il primo albero 1 sia un albero motore e che il secondo albero 2 sia un albero condotto. Ή variatore continuo di velocità secondo l’invenzione à ̈ in grado di adeguare automaticamente e in modo continuo la velocità di rotazione dell’albero condotto 2 al variare della coppia resistente applicata sull’albero stesso, mantenendo costanti i valori di coppia e numero di giri dell’albero motore 1, e quindi in costanza di potenza applicata. It is assumed that the first shaft 1 is a driving shaft and that the second shaft 2 is a driven shaft. Î ‰ continuous speed variator according to the invention is able to automatically and continuously adjust the rotation speed of the driven shaft 2 to vary the resistant torque applied on the shaft itself, keeping the torque values constant and number of revolutions of the crankshaft 1, and therefore in constant power applied.
Si supponga di applicare una coppia resistente sull’albero condotto 2. Il moto impresso dall’albero motore 1 alla ruota cilindrica fissa 3 si trasmette attraverso l’accoppiamento dentato della ruota cilindrica fissa 3 e della prima ruota cilindrica di planetario 4 al planetario del differenziale 7 a cui la prima ruota cilindrica di planetario 4 à ̈ solidale, con verso di rotazione contrario a quello della ruota cilindrica fissa 3. Per effetto dello scorrimento indotto dalla rotazione dei rispettivi satelliti del differenziale 7, in funzione della resistenza presente sull’ albero condotto 2, che tende perciò a restare fermo, l’altro planetario del differenziale 7, solidale alla seconda ruota cilindrica di planetario 5 pone questa in rotazione in verso contrario a quello della prima ruota cilindrica di planetario 4, e quindi nello stesso verno della ruota cilindrica fissa 3 solidale all’albero motore 1. Per effetto dell’accoppiamento dentato della seconda ruota cilindrica di planetario 5 e della ruota cilindrica innestabile 6, la ruota cilindrica innestabile 6 tende a ruotare in verso contrario alla seconda ruota cilindrica di planetario 5, e quindi anche in senso contrario alla ruota cilindrica fissa 3, essendo ciò consentito dal dispositivo a ruota libera 8 interposta che svincola la ruota cilindrica innestabile 6 dall’albero motore 1. Let us suppose to apply a resistant torque on the driven shaft 2. The motion imparted by the motor shaft 1 to the fixed cylindrical wheel 3 is transmitted through the toothed coupling of the fixed cylindrical wheel 3 and of the first cylindrical planetary wheel 4 to the planetary gear of the differential 7 to which the first cylindrical planetary wheel 4 is integral, with the opposite direction of rotation to that of the fixed cylindrical wheel 3. Due to the sliding effect induced by the rotation of the respective satellites of the differential 7, as a function of the resistance present on the Driven shaft 2, which therefore tends to remain stationary, the other planetary gear of the differential 7, integral with the second cylindrical gear of planetary gear 5, rotates this in the opposite direction to that of the first cylindrical gear of planetary gear 4, and therefore in the same verno of the fixed cylindrical wheel 3 integral with the motor shaft 1. By effect of the toothed coupling of the second cylindrical wheel of the planetary gear 5 and of the engageable cylindrical wheel 6, the engageable cylindrical wheel 6 tends to rotate in the opposite direction to the second cylindrical planetary wheel 5, and therefore also in the opposite direction to the fixed cylindrical wheel 3, this being allowed by the freewheel device 8 interposed which releases the engageable cylindrical wheel 6 from the motor shaft 1.
In tale situazione, non c’à ̈ trasmissione di potenza tra l’albero motore 1 e l’albero condotto 2 che resta fermo, in quanto il sistema si richiude su se stesso mettendosi in rotazione nella direzione di minore resistenza. In this situation, there is no power transmission between the drive shaft 1 and the driven shaft 2 which remains stationary, as the system closes on itself and starts rotating in the direction of least resistance.
Si supponga ora di applicare ima coppia frenante sulla ruota cilindrica innestabile 6 mediante l’azionamento del freno 9, fino ad arrestarne la rotazione. Come conseguenza anche l’accoppiata seconda ruota cilindrica di planetario 5 arresta la sua rotazione, con ciò generando uno scorrimento nei satelliti del differenziale 7 che trascina pertanto in rotazione l’albero condotto 2. In tali condizioni il numero di giri dell’albero condotto 2 risulta pari alla metà del numero di giri della prima ruota cilindrica di planetario 4, la quale a sua volta ruota rispetto alla ruota cilindrica fissa 3 con una velocità determinata dal rapporto di riduzione dell’accoppiamento di ruote 3-4. Pertanto come effetto finale tutta la potenza dall’albero motore 1 si trasmette all’albero condotto 2, che si pone in rotazione con una velocità pari a quella della ruota cilindrica fissa 3 moltiplicata per il rapporto di riduzione dell’accoppiamento di ruote 3-4 e divisa per due e con ima coppia in proporzione inversa rispetto a quella motrice. Let us now suppose that a braking torque is applied to the engageable cylindrical wheel 6 by actuating the brake 9, until its rotation is stopped. As a consequence, the coupled second cylindrical planetary wheel 5 also stops its rotation, thereby generating a sliding in the satellites of the differential 7 which therefore drives the driven shaft 2 in rotation. In these conditions the number of revolutions of the driven shaft 2 is equal to half the number of revolutions of the first cylindrical planetary wheel 4, which in turn rotates with respect to the fixed cylindrical wheel 3 with a speed determined by the reduction ratio of the coupling of wheels 3-4. Therefore, as a final effect, all the power from the drive shaft 1 is transmitted to the driven shaft 2, which rotates with a speed equal to that of the fixed cylindrical wheel 3 multiplied by the reduction ratio of the wheel coupling 3-4 and divided by two and with a torque in inverse proportion to the drive one.
Se a questo punto si applica una coppia resistente via via crescente sull’albero condotto 2 fino a superare la coppia massima trasmissibile dall’albero motore 1, quest’ultimo tenderà a ridurre la sua velocità (a parità di potenza erogata), fino tendenzialmente a fermarsi. Se però contemporaneamente si agisce sul freno 9 in modo da rilasciare gradualmente alla rotazione la ruota cilindrica innestabile 6, ciò consentirà ai satelliti del differenziale 7 di scorrere in modo da trasferire parte del moto sulla seconda ruota cilindrica di planetario 5, riducendo in tal modo la velocità sull’albero condotto 2 e conseguentemente la coppia trasferita sull’albero motore 1, portando lo stesso a riacquistare velocità di rotazione. If at this point a resisting torque is applied gradually increasing on the driven shaft 2 up to exceeding the maximum torque that can be transmitted by the crankshaft 1, the latter will tend to reduce its speed (with the same power output), until it tends to stop. However, if at the same time the brake 9 is operated so as to gradually release the engageable cylindrical wheel 6 upon rotation, this will allow the satellites of the differential 7 to slide in order to transfer part of the motion to the second cylindrical planetary wheel 5, thus reducing the speed on the driven shaft 2 and consequently the torque transferred to the motor shaft 1, causing it to regain rotation speed.
Il variatore continuo di velocità secondo Γ invenzione à ̈ pertanto in grado di trasmettere tutta la potenza motrice suH’albero condotto 2, regolando la velocità di quest’ultimo in funzione della coppia resistente, in un campo di variazione che va da zero, cioà ̈ albero condotto 2 fermo, ad un valore massimo che dipende dal rapporto di riduzione globale in condizioni di mota cilindrica innestabile 6 bloccata dal freno 9. The continuous speed variator according to the invention is therefore able to transmit all the driving power on the driven shaft 2, adjusting the speed of the latter according to the resisting torque, in a range that goes from zero , i.e. driven shaft 2 stopped, at a maximum value which depends on the overall reduction ratio in conditions of engageable cylindrical mota 6 blocked by brake 9.
La variazione di velocità di rotazione sull’albero condotto 2 risulta in tal modo inversamente proporzionale alla coppia resistente applicata, in modo da mantenere costante la potenza assorbita e pari alla potenza trasmessa in ingresso a velocità costante sull’albero motore 1, a meno delle perdite legate agli attriti. The variation in rotation speed on the driven shaft 2 is thus inversely proportional to the applied resisting torque, so as to keep the absorbed power constant and equal to the power transmitted in input at constant speed on the motor shaft 1, unless losses related to friction.
Il variatore continuo di velocità secondo l’invenzione descritto à ̈ in grado di realizzare differenti campi di regolazione di velocità e coppia semplicemente agendo sulla modifica dei rapporti di riduzione dei due accoppiamenti di mote 3-4 e 6-5. The continuous speed variator according to the invention described is capable of realizing different speed and torque adjustment ranges simply by modifying the reduction ratios of the two wheel couplings 3-4 and 6-5.
Oltre che l’accoppi amento in presa diretta come sopra descritto, la trasmissione del moto fra le ruote può essere realizzato con qualsiasi altro mezzo di trasmissione equivalente, ad esempio con catena, con cinghia o diverso. In addition to the direct drive coupling as described above, the transmission of motion between the wheels can be achieved with any other equivalent means of transmission, for example with chain, belt or other means.
La regolazione del variatore continuo di velocità secondo l’invenzione può essere eseguita agendo manualmente sul freno 9. The regulation of the continuous speed variator according to the invention can be carried out by manually operating the brake 9.
Tuttavia, il variatore continuo di velocità secondo Γ invenzione può essere regolato automaticamente in funzione della velocità di rotazione dell’albero motore 1 aumentando o diminuendo la coppia frenante esercitata dal freno 9 sulla ruota cilindrica innestabile 6 in funzione della coppia resistente. However, the continuous speed variator according to the invention can be adjusted automatically according to the rotation speed of the motor shaft 1 by increasing or decreasing the braking torque exerted by the brake 9 on the engageable cylindrical wheel 6 according to the resisting torque.
Ciò può essere ottenuto ad esempio con un freno centrifugo che aumenti la sua azione frenante all’ aumentare della velocità dell’albero motore 1, ovvero con un freno ad induzione che realizzi lo stesso effetto, ovvero con altro meccanismo equivalente. This can be achieved, for example, with a centrifugal brake that increases its braking action as the speed of the motor shaft 1 increases, or with an induction brake that achieves the same effect, or with another equivalent mechanism.
1 limiti estremi dei valori di autoregolazione sono costituiti in ogni caso dalla situazione di arresto della ruota cilindrica innestabile 6, su cui à ̈ montato il dispositivo a ruota libera 8 (massimo valore di velocità di rotazione dell’albero condotto 2 e minimo valore di coppia resistente), ovvero arresto dell’albero condotto 2 (minimo valore di velocità di rotazione dell’albero condotto 2 e massimo valore di coppia resistente). The extreme limits of the self-regulation values consist in any case of the stopping situation of the engageable cylindrical wheel 6, on which the freewheel device 8 is mounted (maximum value of rotation speed of the driven shaft 2 and minimum value of resisting torque), or stopping of the driven shaft 2 (minimum value of rotation speed of the driven shaft 2 and maximum value of resisting torque).
Facendo sempre riferimento alla figura 1 , si dovrebbe notare che il variatore continuo di velocità secondo Γ invenzione potrebbe essere impiegato nella stessa disposizione ma con albero motore 2 e albero condotto 1. Anche in questo caso la ruota cilindrica innestabile 6 à ̈ montata sull’albero condotto 1 mediante interposizione di un dispositivo a ruota libera 8, che consente lo scorrimento della ruota cilindrica innestabile 6 nel verso contrario al verso di rotazione dell’albero condotto 1. In questo caso, il variatore secondo l’invenzione varia la velocità in direzione inversa rispetto alla disposizione precedente con albero motore 1 e albero condotto 2. Se si applica una coppia frenante sulla ruota cilindrica innestabile 6 mediante l’azionamento del freno 9, fino ad arrestarne la rotazione, si può variare la velocità dell’albero condotto 1 rispetto all’albero motore 2, come sopra descritto. Always referring to figure 1, it should be noted that the continuous speed variator according to the invention could be used in the same arrangement but with motor shaft 2 and driven shaft 1. Also in this case the engageable spur wheel 6 is mounted on the Driven shaft 1 by interposition of a freewheel device 8, which allows the sliding of the engageable cylindrical wheel 6 in the opposite direction to the direction of rotation of the driven shaft 1. In this case, the variator according to the invention varies the speed in the reverse direction with respect to the previous arrangement with motor shaft 1 and driven shaft 2. If a braking torque is applied to the engageable cylindrical wheel 6 by actuating the brake 9, until its rotation is stopped, the speed of the Driven shaft 1 with respect to the driving shaft 2, as described above.
Claims (7)
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Citations (4)
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2010
- 2010-05-17 IT ITRM2010A000250A patent/IT1399962B1/en active
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