ITVI20110190A1

ITVI20110190A1 - MECHANICAL DEVICE FOR VARIATION OF SPEED AND TORQUE FOR VEHICLES

Info

Publication number: ITVI20110190A1
Application number: IT000190A
Authority: IT
Inventors: Elio Osti
Original assignee: Elio Osti
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2013-01-19

Description

DISPOSITIVO MECCANICO ATTO ALLA VARIAZIONE MECHANICAL DEVICE FOR VARIATION

DI VELOCITA E COPPIA PER VEICOLI OF SPEED AND TORQUE FOR VEHICLES

La presente invenzione si riferisce, in genere, ad un dispositivo meccanico atto alla variazione della velocità e della coppia per veicoli. The present invention generally refers to a mechanical device suitable for varying the speed and torque for vehicles.

Più in particolare, l'invenzione riguarda un variatore meccanico di velocità e coppia applicabile a veicoli, autoveicoli e sistemi di autotrazione in genere, movimentati da un motore di qualsiasi tipologia ed ove è prevista una frequenza rilevante di start-up (partenza da fermo) del suddetto veicolo. More specifically, the invention relates to a mechanical speed and torque variator applicable to vehicles, motor vehicles and automotive systems in general, moved by an engine of any type and where a significant start-up frequency is foreseen (starting from a standstill). of the aforementioned vehicle.

In tutti i veicoli ove è sviluppata l'autotrazione con un motore di qualsiasi tipo (termico, elettrico, magnetico, idraulico, ad aria compressa, ecc.), la partenza è il momento in cui viene richiesta la massima coppia di spunto ad una condizione di velocità minima. I sistemi di trasmissione del moto attualmente in uso (cambio, frizione, variatori meccanici, cambio automatico, convertitori di coppia, motori elettrici a velocità variabile, ed altre tipologie simili) utilizzano grandi quantità di energia e presentano un rendimento molto basso, in quanto dissipano rilevanti quantità di energia per attrito, oltre a dover prevedere una coppia di spunto del motore almeno doppia rispetto al regime di lavoro normale. In all vehicles where autotraction is developed with an engine of any type (thermal, electric, magnetic, hydraulic, compressed air, etc.), the start is the moment in which the maximum starting torque is requested at a given condition. minimum speed. The motion transmission systems currently in use (gearbox, clutch, mechanical variators, automatic transmission, torque converters, variable speed electric motors, and other similar types) use large amounts of energy and have a very low efficiency, as they dissipate significant quantities of energy due to friction, in addition to having to provide a starting torque of the engine at least double compared to the normal working regime.

Caratteristica comune di tutte queste tipologie di sistemi è, inoltre, il massimo consumo di energia, che, in fase di accelerazione ed almeno fino ad una velocità di circa 80-100 Km/h del veicolo, è inversamente proporzionale alla distanza percorsa. A common feature of all these types of systems is also the maximum energy consumption, which, during acceleration and at least up to a vehicle speed of about 80-100 km / h, is inversely proportional to the distance traveled.

Infine, è altresì da considerare il fatto che la partenza da fermo (start-up) dei veicoli e di ogni altro mezzo meccanico capace di movimento autonomo richiede una coppia massima (momento torcente), fornita dal sistema motore, ad una velocità che è praticamente nulla o comunque prossima allo zero. Finally, it should also be considered that the start-up of vehicles and any other mechanical means capable of autonomous movement requires a maximum torque (torque), supplied by the engine system, at a speed that is practically zero or in any case close to zero.

Nell'ambito delle esigenze sopra menzionate, quindi, scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti citati della tecnica nota e, in particolare, quello di realizzare un dispositivo meccanico atto alla variazione di velocità e coppia per veicoli e sistemi di autotrazione in genere, che consenta di impiegare un minimo di energia in tutte le situazioni di lavoro del sistema motore che fornisce il moto in ingresso. Within the scope of the aforementioned requirements, therefore, the object of the present invention is to obviate the aforementioned drawbacks of the known art and, in particular, to provide a mechanical device suitable for speed and torque variation for vehicles and automotive systems in general. , which allows to use a minimum of energy in all working situations of the engine system that provides the input motion.

Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo meccanico atto alla variazione di velocità e coppia, applicabile a veicoli e sistemi di autotrazione in genere ove sia prevista una frequenza rilevante di start-up (partenze da fermo) e che utilizzino un motore con la potenza minima possibile, compatibilmente con la velocità massima che deve raggiungere il veicolo. Another purpose of the present invention is to provide a mechanical device suitable for speed and torque variation, applicable to vehicles and automotive systems in general where a significant start-up frequency is foreseen (starts from standstill) and which use an engine with the minimum possible power, compatibly with the maximum speed that the vehicle must reach.

Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di indicare un dispositivo meccanico atto alla variazione di velocità e coppia per veicoli e sistemi di autotrazione in genere, che risulti estremamente affidabile, efficace ed efficiente, nonché di semplice realizzazione ed estremamente vantaggioso in termini di resa energetica. A further object of the invention is to indicate a mechanical device suitable for speed and torque variation for vehicles and automotive systems in general, which is extremely reliable, effective and efficient, as well as simple to manufacture and extremely advantageous in terms of energy yield.

Questi e altri scopi sono raggiunti, nell'ambito della presente invenzione, da un dispositivo meccanico atto alla variazione di velocità e coppia per veicoli, secondo la rivendicazione 1 allegata; altre caratteristiche di dettaglio del dispositivo sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti successive. Vantaggiosamente, la presente invenzione prevede di trasformare un moto circolare continuo a velocità costante del motore di azionamento (endotermico, elettrico, idraulico o di altra tipologia) di un veicolo o di qualsiasi altro sistema di autotrazione in un moto oscillatorio alternato ad ampiezza variabile (in particolare da 0° a 30°). These and other objects are achieved, within the scope of the present invention, by a mechanical device suitable for speed and torque variation for vehicles, according to the attached claim 1; other detailed characteristics of the device are reported in the subsequent dependent claims. Advantageously, the present invention provides for transforming a continuous circular motion at constant speed of the drive motor (internal combustion, electric, hydraulic or other type) of a vehicle or of any other drive system into an alternating oscillatory motion with variable amplitude (in particular from 0 ° to 30 °).

Trasformando il moto oscillatorio alternato in moto circolare unidirezionale si ottiene altresì una variazione di velocità sull'albero di uscita da 0 fino ad 1/3 della velocità di entrata. By transforming the reciprocating oscillatory motion into unidirectional circular motion, a speed variation on the output shaft from 0 to 1/3 of the input speed is also obtained.

La coppia, che risulta massima (compatibilmente con le caratteristiche meccaniche dei componenti del sistema) a velocità vicina allo zero, scende, alla massima velocità, a 3 volte il valore nominale fornito dal sistema motore del veicolo. The torque, which is maximum (compatibly with the mechanical characteristics of the system components) at speeds close to zero, drops, at maximum speed, to 3 times the nominal value provided by the vehicle's engine system.

Il dispositivo secondo l'invenzione consente l'utilizzo di una minima quantità di energia in tutte le situazioni di lavoro, con il motore che dà il moto in ingresso, a velocità e coppia costanti. The device according to the invention allows the use of a minimum quantity of energy in all working situations, with the motor giving the input motion, at constant speed and torque.

Il cambio lineare della velocità in uscita si ottiene con un comando a leva esterno, che consente di variare la velocità e la coppia in maniera inversamente proporzionale tra loro. The linear change of the output speed is obtained with an external lever control, which allows to vary the speed and the torque in an inversely proportional way.

Questi ed altri scopi e vantaggi appariranno in misura maggiore dalla descrizione che segue, relativa a una preferita forma esecutiva del dispositivo meccanico atto alla variazione di velocità e coppia per veicoli, secondo la presente invenzione, fornita a titolo esemplificativo e preferito ma non limitativo, con l'ausilio delle allegate tavole di disegno, ove: These and other objects and advantages will appear to a greater extent from the following description, relating to a preferred embodiment of the mechanical device suitable for speed and torque variation for vehicles, according to the present invention, given by way of example and preferred but not limiting, with the aid of the attached drawing tables, where:

- la figura 1 è una vista laterale, parzialmente in sezione, del dispositivo meccanico atto alla variazione di velocità e coppia per veicoli, secondo la presente invenzione; Figure 1 is a side view, partially in section, of the mechanical device suitable for speed and torque variation for vehicles, according to the present invention;

- la figura 2 è una sezione fatta lungo la linea "A"-"A" di figura 1, secondo la presente invenzione; - figure 2 is a section made along the line "A" - "A" of figure 1, according to the present invention;

- la figura 3 è una sezione parziale fatta lungo la linea di figura 1, secondo l'invenzione; - la figura 4 è una vista parziale dalla direzione e verso individuati dalla freccia C di figura 1, secondo la presente invenzione; Figure 3 is a partial section made along the line of Figure 1, according to the invention; Figure 4 is a partial view from the direction and towards identified by the arrow C of Figure 1, according to the present invention;

- la figura 5 è una vista parziale dalla direzione e verso individuati dalla freccia D di figura 4, secondo la presente invenzione; Figure 5 is a partial view from the direction and towards identified by the arrow D of Figure 4, according to the present invention;

- la figura 6 è una vista parziale dalla direzione e verso individuati dalla freccia E di figura 1, secondo la presente invenzione; Figure 6 is a partial view from the direction and towards identified by the arrow E of Figure 1, according to the present invention;

- la figura 7 mostra un diagramma cartesiano relativo all'andamento della velocità e della coppia in uscita dal dispositivo meccanico secondo l'invenzione, a partire da una determinata velocità e da una determinata coppia in entrata. - figure 7 shows a Cartesian diagram relating to the trend of the speed and of the output torque from the mechanical device according to the invention, starting from a given speed and a given input torque.

Si badi innanzitutto che anche se la descrizione seguente ed i disegni allegati fanno esplicito riferimento all'impiego di un motore elettrico, indicato genericamente con 30, che fornisce l'azionamento all'albero di ingresso 1, la presente invenzione è impiegabile analogamente e con lo stesso principio nel caso in cui l'albero di ingresso 1 sia azionato in moto da un motore di qualsiasi tipologia, quale un motore elettrico, termico, magnetico, idraulico, ad aria compressa, ecc. First of all, it should be noted that even if the following description and the accompanying drawings explicitly refer to the use of an electric motor, generically indicated with 30, which provides the drive to the input shaft 1, the present invention can be used analogously and with the same the same principle in the case in which the input shaft 1 is driven in motion by a motor of any type, such as an electric, thermal, magnetic, hydraulic, compressed air motor, etc.

Inoltre, il dispositivo secondo l'invenzione, costituito da un variatore meccanico di velocità e coppia, è applicabile analogamente a qualsiasi veicolo, mezzo o sistema di autotrazione in genere, ove vi sia una rilevante frequenza di start-up (partenze da fermo) e che utilizzi un motore con la potenza minima possibile compatibilmente con la velocità massima che deve raggiungere il mezzo o veicolo. Furthermore, the device according to the invention, consisting of a mechanical speed and torque variator, can be applied similarly to any vehicle, vehicle or vehicle system in general, where there is a significant start-up frequency (starts from a standstill) and that uses an engine with the lowest possible power compatibly with the maximum speed that the vehicle or vehicle must reach.

Con riferimento alle figure menzionate, l'albero di ingresso 1 prende il moto dal motore elettrico 30. With reference to the aforementioned figures, the input shaft 1 takes motion from the electric motor 30.

Sull'albero 1, tramite un perno 2 che fa da fulcro, è fissato un supporto 3, che porta un cuscinetto, il cui anello interno 4, mentre ruota insieme con l'albero 1, è inclinabile, rispetto all'asse A del suo centro, di un angolo a variabile da 0° a 30°. On the shaft 1, by means of a pin 2 which acts as a fulcrum, a support 3 is fixed, which carries a bearing, whose inner ring 4, while rotating together with the shaft 1, is inclinable, with respect to the axis A of its center, of an angle a variable from 0 ° to 30 °.

Inoltre, sull'anello esterno 5 del cuscinetto è accoppiato un supporto 6, il quale porta, tramite due cuscinetti 7, due pignoni dentati conici folli 8, che, a loro volta, ingranano su due rispettivi pignoni 9, ortogonali ai pignoni 8 e montati folli sui relativi cuscinetti 10 . Furthermore, a support 6 is coupled to the outer ring 5 of the bearing, which carries, by means of two bearings 7, two idle conical toothed pinions 8, which, in turn, engage on two respective pinions 9, orthogonal to the pinions 8 and mounted idlers on their bearings 10.

Sull'albero di uscita 29 è presente un pignone conico 11, che, supportato dai cuscinetti 12, può ruotare in un solo verso, consentito dalla ruota libera 13. On the output shaft 29 there is a bevel pinion 11, which, supported by the bearings 12, can rotate in one direction only, allowed by the free wheel 13.

Pertanto, il moto rotatorio in una sola direzione ed in un solo verso del pignone conico 11 consente ai pignoni 9 di ruotare, alternativamente uno opposto all'altro, di un valore di oscillazione angolare doppio rispetto all'oscillazione angolare effettuata dal supporto 6. Si ottiene così sull'albero di uscita 29, solidale al pignone 11, un moto rotatorio pulsante unidirezionale, che risulta direttamente proporzionale alla misura dell'angolo di inclinazione dei supporti 3 e 6. Therefore, the rotary motion in a single direction and in a single direction of the bevel pinion 11 allows the pinions 9 to rotate, alternatively one opposite to the other, by an angular oscillation value double with respect to the angular oscillation carried out by the support 6. Yes thus obtains on the output shaft 29, integral with the pinion 11, a pulsating unidirectional rotary motion, which is directly proportional to the measurement of the angle of inclination of the supports 3 and 6.

Inoltre, il moto pulsante trasmesso dall'albero 29 diventa, tramite la ruota libera 14 ed il pignone e/o volano 15, un moto circolare continuo, la cui velocità e coppia variano in maniera inversamente proporzionale tra loro, secondo il diagramma cartesiano di figura 7, che mostra l'andamento della velocità V in uscita, come numero di giri del volano 15 (variabile tra 0 e 1000 RPM o giri al minuto), e della coppia MT trasmessa all'uscita (variabile tra circa 600 e 30 Nm), per una velocità dell'albero di ingresso 1 pari a 3000 RPM (come numero di giri dell'albero 1) e per una coppia trasmessa dall'albero di ingresso 1 pari a 10 Nm. Furthermore, the pulsating motion transmitted by the shaft 29 becomes, through the free wheel 14 and the pinion and / or flywheel 15, a continuous circular motion, the speed and torque of which vary inversely proportional to each other, according to the Cartesian diagram in the figure. 7, which shows the trend of the output speed V, as the number of revolutions of the flywheel 15 (variable between 0 and 1000 RPM or revolutions per minute), and of the MT torque transmitted to the output (variable between approximately 600 and 30 Nm) , for a speed of the input shaft 1 equal to 3000 RPM (as the number of revolutions of the shaft 1) and for a torque transmitted by the input shaft 1 equal to 10 Nm.

In particolare, l'inclinazione del supporto 6 portacuscinetto, rispetto all'albero di ingresso 1 del motore 30, è comandata dalla leva 16, montata sull'albero 17, il quale, ruotando solidale alla forcella 18 sposta i cuscinetti 19. In particular, the inclination of the bearing holder support 6, with respect to the input shaft 1 of the motor 30, is controlled by the lever 16, mounted on the shaft 17, which, by rotating integral with the fork 18, moves the bearings 19.

A loro volta, i cuscinetti 19, premendo sul supporto 20, muovono assialmente il cuscinetto 21 montato sul cannotto 22, il quale ruota insieme con l'albero 1 ed è spinto dalla molla 24, che tende a portarlo in condizioni iniziali di riposo (verso lo zero). In turn, the bearings 19, pressing on the support 20, axially move the bearing 21 mounted on the sleeve 22, which rotates together with the shaft 1 and is pushed by the spring 24, which tends to bring it into initial rest conditions (towards the zero).

Il cannotto 22, quindi, tramite la sua porzione terminale, muove il perno 23, azionando di conseguenza l'oscillazione del supporto 3, su cui è fissato il perno 23, sia nel caso in cui l'albero di ingresso 1 del motore 30 è fermo sia durante la rotazione del suddetto albero di ingresso 1. The sleeve 22, therefore, through its terminal portion, moves the pin 23, consequently activating the oscillation of the support 3, on which the pin 23 is fixed, both in the case in which the input shaft 1 of the motor 30 is stopped both during the rotation of the aforementioned input shaft 1.

Si è così verificato, da quanto descritto, che il dispositivo meccanico secondo l'invenzione consente di trasformare un moto circolare continuo a velocità costante dell'albero motore in un moto oscillatorio alternato ad ampiezza variabile (tra 0° e 30°) e, quindi, di trasformare ulteriormente il moto oscillatorio alternato in un moto circolare unidirezionale, ottenendo una variazione di velocità sull'albero di uscita da 0 fino a 1/3 della velocità dell'albero motore di entrata; inoltre, la coppia, che risulta massima a velocità basse e vicine allo zero, scende ad almeno 3 volte il valore nominale del sistema motore alla massima velocità. It has thus been verified, from what has been described, that the mechanical device according to the invention makes it possible to transform a continuous circular motion at a constant speed of the drive shaft into an alternating oscillatory motion with variable amplitude (between 0 ° and 30 °) and, therefore , to further transform the reciprocating oscillatory motion into a unidirectional circular motion, obtaining a speed variation on the output shaft from 0 to 1/3 of the input drive shaft speed; moreover, the torque, which is maximum at low speeds and close to zero, drops to at least 3 times the nominal value of the motor system at maximum speed.

La variazione lineare della velocità in uscita determina una variazione della coppia in maniera inversamente proporzionale. The linear variation of the output speed determines an inversely proportional variation of the torque.

Il dispositivo consente l'utilizzo della minima energia in tutte le condizioni di lavoro, con il motore che dà il moto in ingresso, a velocità e coppia costanti. The device allows the use of minimum energy in all working conditions, with the motor giving the input motion, at constant speed and torque.

Dalla descrizione effettuata si è così constatato come le caratteristiche tecniche del dispositivo meccanico atto alla variazione di velocità e coppia per veicoli, che è oggetto della presente invenzione, offrano numerosi, importanti ed evidenti vantaggi, quali quelli menzionati in precedenza. From the above description it has thus been observed that the technical characteristics of the mechanical device suitable for speed and torque variation for vehicles, which is the subject of the present invention, offer numerous, important and evident advantages, such as those mentioned above.

E' chiaro, infine, che numerose varianti possono essere apportate al dispositivo variatore in questione, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell'idea inventiva, così come è chiaro che, nella pratica attuazione dell'invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti. Finally, it is clear that numerous variations can be made to the variator device in question, without thereby departing from the novelty principles inherent in the inventive idea, just as it is clear that, in the practical implementation of the invention, the materials, the shapes and the dimensions of the illustrated details may be any according to requirements and the same may be replaced with other technically equivalent ones.

Claims

CLAIMS 1. Mechanical device suitable for speed and torque variation for vehicles, means or systems of traction in general, comprising at least one input shaft (1), driven in rotation by at least one motor (30), and at least one output shaft ( 29), characterized in that at least a first support (3) is pivoted on said input shaft (1), which carries at least one guide element (4, 5), which, rotating together with said input shaft (1 ), is inclinable, with respect to its own central axis (A) and with respect to said input shaft (1), by a predetermined angle (a).

2. Mechanical device as in claim 1, characterized in that said predetermined angle (a) is of variable size from 0 ° to 30 °.

3. Mechanical device as per at least one of the preceding claims, characterized in that at least one second support (6) is coupled to said guide element (4, 5), to which at least one is connected, by means of guide elements (7), a first idle toothed pinion (8), adapted to engage on at least a respective second idle pinion (9), orthogonal to said first idle pinion (8).

4. Mechanical device as per at least one of the preceding claims, characterized in that at least one bevel pinion (11) is integrally mounted on said output shaft (29), which, by means of guide elements (12, 13), can rotate in only one verse.

5. Mechanical device as per at least one of the preceding claims, characterized in that said bevel pinion (11) transmits a rotation motion to said at least one second idle pinion (9), which oscillates by an angle substantially double with respect to the angle (a) inclination of said guide element (4, 5) and of said first and second supports (3, 6), so as to obtain, on said output shaft (29), a unidirectional pulsating rotary motion which results directly proportional to said angle (a) of inclination of the guide element (4, 5) and of said first and second supports (3, 6).

6. Mechanical device as per at least one of the preceding claims, characterized in that said unidirectional pulsating rotary motion transmitted by said output shaft (29) is transformed, by means of at least one free wheel (14) and at least one flywheel (15), into a continuous circular motion, whose speed and torque vary inversely proportional to each other.

7. Mechanical device as per at least one of the preceding claims, characterized in that said first and second supports (3, 6) are inclinable, with respect to said input shaft (1), by means of the rotation of at least one lever (16), mounted on a shaft (17), which, by rotating integral with a fork (18), moves at least a first guide element (19).

8. Mechanical device as per at least one of the preceding claims, characterized in that said at least one first guiding element (19) moves axially, through a support (20), at least one second guiding element (21), which is mounted on a sleeve (22), which rotates together with said input shaft (1) and is pushed by at least one elastic element (24).

9. Mechanical device as per at least one of the preceding claims, characterized in that said sleeve (22) operates in oscillation, through at least one pin (23), said first support (3), both in the case in which said input shaft ( 1) is stationary both in the case in which said input shaft (1) is rotating.