SINCRONIZADOR
Referencia Cruzada a Solicitudes Relacionadas Esta solicitud, la cual tiene el número de expediente del abogado 95-rELT-217, se relaciona con las solicitudes de patente de los Estados Unidos Nos . de Serie , , , , , ; presentadas el , y teniendo respectivamente los números de expediente del abogado 95-rTRN-406, 91-TRN-499, 94-rELT-154, 94-rELT-247, y 97-rTRN-259, y todas cedidas a la cesionaria de esta solicitud. Campo de la Invención Esta invención se refiere a un sincronizador para una transmisión. Antecedentes de la Invención Es bien sabido en la industria de las transmisiones de múltiples relaciones de velocidad que pueden usarse sincronizadores para ayudar a cambiar todas o algunas de las relaciones de engrane de la transmisión. También es sabido que el esfuerzo de cambio y/o el tiempo requerido para llevar a cabo un cambio, pueden ser reducidos mediante el uso de sincronizadores del tipo auto-energizante o de amplificación. Como el esfuerzo de cambio del operador se incrementa generalmente con el tamaño del vehícu-lo, los sincronizadores del tipo auto-energizante son especialmente importantes en transmisiones para camiones de trabajo pesado y/o en transmisiones donde se prefieren tiempo de cambio reducido y/o esfuerzo de cambio reducido. Ejemplos de sincronizadores del estado de la técnica que pueden ser relevantes al sincronizador de la presente pueden verse por referencia a las patentes de los Estados Unidos Nos. 5,078,245 y 5,092,439; la publicación de patente japonesa (Kokoku) 45-27483; y la publicación de patente alemana No. 1,098,824, las cuales son incorporadas en la presente por referencia. Compendio de la Invención Un objetivo de la invención es el de proporcionar un sincronizador con mejorados medios de auto-energización . De acuerdo con la invención, un sincronizador, como se describe en la publicación de patente japonesa 45-27483 y representando al estado de la técnica, como se refiere en la porción pre-caracterizante de la reivindicación 1, incluye un sincronizador para sincronizar friccionalmente y conectar positivamente tracciones primera y segunda dispuestas para rotación relativa alrededor de un eje común. El sincronizador comprende primeros medios de quijada movibles axialmente hacia vinculación con segundos medios de quijada para conectar positivamente las tracciones en respuesta al movimiento de vinculación de los primeros medios de quijada por una fuerza de cambio dirigida axialmente (F0) . Medios conectores conectan los primeros medios de quijada para movimiento axial y no rotacional relativo a la primera tracción. Primeros medios de fricción son movibles axialmente hacia vinculación con segundos medios de fricción en respuesta al movimiento de vinculación de los primeros medios de quijada para producir una torsión de sincronización. Medios bloqueadores son movibles hacia vinculación en respuesta al movimiento de vinculación de los primeros medios de quijada para impedir vinculación asincrona de los medios de quijada y para transmitir la fuerza de cambio (F0) a los primeros medios de fricción para efectuar una fuerza de vinculación sobre los medios de fricción. Medios auto-energizantes son operativos para hacer reaccionar la torsión de sincronización para producir una fuerza axial aditiva (Fa) en la dirección de la fuerza de cambio (F0) en respuesta al movimiento radial del eslabón. La mejora está caracterizada porque los medios auto-energizantes incluyen un eslabón montado para movimiento radial limitado relativo al eje. Un primer miembro está montado para movimiento rotacional limitado con relación a la primera tracción en respuesta a la torsión de sincronización para efectuar movimiento radial del eslabón en respuesta al movimiento rotacional limitado. Un segundo miembro produce la fuerza axial aditiva (Fa) en la dirección de la fuerza de cambio (F0) en respuesta al movimiento radial del eslabón. Breve Descripción de los Dibujos El sincronizador de la invención es mostrado en los dibujos acompañantes, en los cuales: La figura 1 ilustra un sincronizador de doble acción en una posición neutral y en secciones a lo largo de la línea 1-1 de la figura 2; La figura 2 ilustra el sincronizador de la figura 1 en secciones a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1; Las figuras 3A y 3B ilustran dos vistas amplificadas de un componente de las figuras 1 y 2, observado respectivamente perpendicular y paralelo a un eje de la flecha; La figura 4 es una representación gráfica de las fuerzas y torsiones axiales que actúan sobre una pestaña de cambios del sincronizador; y Las figuras 5 y 6 ilustran formas de realización modificadas de componentes auto-energizantes en las figuras 1 y 2. Los dibujos son simplificados omitiendo las líneas de fondo de los componentes de los mismos. Descripción Detallada de los Dibujos El término "sincronizador", como se usa en la presente, designará un mecanismo de embrague utilizado para acoplar no giratoriamente un engrane de relación seleccionada a una flecha por medio de un embrague positivo en el cual se impide la vinculación intentada del embrague positivo hasta que miembros del embrague positivo son llevados a rotación sustancialmente sincrónica por un embrague de fricción sincronizante asociado con el embrague positivo. El término "auto-energizante" designará un mecanismo de embrague sincronizador, el cual incluye rampas o levas o similares para incrementar la fuerza de vinculación del embrague sincronizante con relación a la torsión sincronizante del embrague de fricción. Mirando ahora a las figuras 1, 2, 3A y 3B, se muestra en ellas un conjunto de engranes y sincronizador 10 que incluye una flecha 12 para montarse para rotación en una transmisión alrededor de un eje 12a, tracciones o engranes axialmente espaciados 14, 16, y un sincronizador de doble acción 18. La flecha 12 incluye superficies cilindricas 12b, 12c que soportan giratoriamente los engranes en ellas vía cojinetes 19 y un miembro anular 20 que tiene una circunferencia externa de diámetro mayor que los diámetros de las superficies cilindricas. El miembro anular tiene una longitud axial que separa los engranes vía hombros que miran axialmente de manera opuesta 20a, 20b, los cuales limitan el movimiento axial de los engranes entre sí. El movimiento axial de los engranes lejos entre sí es limitado en cualquiera de varias maneras conocidas. El miembro anular puede ser formado de un anillo fijo a la flecha o, como en la presente, formado integral con la flecha. La circunferencia externa del miembro anular incluye muescas externas 20c formadas en ella y tres rebajos 20d de longitud axial igual a la longitud axial del miembro anular y levas auto-energizantes 20e, 20f, explicadas adicionalmente en lo sucesivo. Cada rebajo podrá ser formado removiendo toda o parte de una muesca 20c. El mecanismo sincronizador 18 incluye anillos de fricción 22, 24 y miembros de quijada 26, 28 fijos a engranes 14, 16, un miembro de quijada movible axialmente 30 teniendo dientes internos de muesca 30a que aparean deslizablemente con los dientes externos de muesca 20c formados en la circunferencia externa del miembro anular 20, una pestaña de cambios 32 que se extiende radialmente teniendo lados que miran opuestamente 32a, 32b emparedados entre lados que miran axialmente de retenes 34 dispuestos en hendiduras anulares 30b en el miembro de quijada 30, anillos de fricción anulares, movibles axialmente 36, 38 asegurados rígidamente en forma conjunta por tres pasadores espaciados circunferencialmente 40 que se extienden axialmente desde cada uno de los anillos de fricción y a través de aberturas 32c en la pestaña, y tres conjuntos pre-energizadores 42 mostrados en relieve en la figura 1. En la forma de realización de las figuras 1 y 2, los retenes 34 impiden movimiento axial entre el miembro de quijada 30 y la pestaña 32, y permiten rotación relativa entre ellos. Los anillos de fricción incluyen superficies de fricción de cono 22a, 36a y 24a, 38a que vinculan para sincronizar de manera friccional los engranes a la flecha antes de vinculación de los miembros de quijada. Puede usarse un amplio rango de ángulos de cono; pueden emplearse ángulos de cono de siete grados y medio para el sincronizador de la presente. Las superficies de fricción 36a, 38a y/o 22a, 24a pueden ser definidas por cualquie-ra de diversos materiales de fricción fijos al miembro de base;
en la presente, materiales de fricción de carbón pirolítico, tales como los descritos en las patentes de los Estados Unidos Nos. 4,700,823; 4,844,218; y 4,778,548, son preferidos. Estas patentes son incorporadas en la presente por referencia. Los pasadores 40 incluyen, cada uno, porciones de diámetro mayor 40a teniendo diámetros ligeramente menores que el diámetro de las aberturas de pestaña 32c, una porción de hendidura o de diámetro reducido 40b, espaciada entre los miembros de fricción 36, 38 (a mitad del camino en la presente) , y hombros o superficies bloqueadores cónicos 40c, 40d extendiéndose radialmente hacia afuera desde el eje del pasador y axialmente lejos entre sí a ángulos relativos a un plano normal al eje del pasador. Las porciones de hendidura, cuando se disponen dentro de sus respectivas aberturas de pestaña, permiten rotación limitada del conjunto de anillo y pasador de fricción rígido con relación a la pestaña para efectuar vinculación de los hombros bloqueado-res de pasador con hombros bloqueadores biselados 32h definidos alrededor de las aberturas de pestaña 32c. Los pasadores pueden ser asegurados a los anillos de fricción 36, 38 en cualquiera de varias maneras conocidas. Los conjuntos pre-energizadores 42 pueden ser de cualquiera de diversos tipos conocidos, y en la presente son del tipo de pasador dividido, que es mas completamente mostrado y descrito en la patente de los Estados Unidos No. 5,339,936. Cada conjunto pre-energizador se extiende axialmente entre los anillos de fricción 36, 38 y a través de una de las aberturas 32d en la pestaña de cambios. Las aberturas 32d están espaciadas alternativamente entre las aberturas 32c. Debe bastar en la presente mencionar que cada conjunto pre-energizador incluye dos casqui-líos 44 teniendo extremos 44a y al menos dos resortes de hojas 46 emparedados entre y polarizando los casquillos aparte. Cada par de casquillos 44 forma un diámetro mayor que es menor que el diámetro de su abertura 32d asociada cuando se aprietan conjuntamente, una hendidura anular 44b con superficies de extremo biseladas 44c, y los extremos 44a. Como es sabido, los extremos 44a reaccionan contra los anillos de fricción 36, 38 y los biseles 44c reaccionan contra biseles alrededor de la abertura 32d en la pestaña 32 en respuesta al movimiento de vinculación inicial de la pestaña 32, con ello efectuando la vinculación inicial de los embragues de fricción y la torsión inicial para girar los pasadores 40 con relación a la pestaña 32 y colocar los hombros bloqueadores para vinculación. Como se mencionó previamente, el miembro de quijada 30 incluye dientes internos de muesca 30a que aparean deslizablemen-te con dientes externos de muesca 20c del miembro 20 fijo a la flecha. Las muescas externas tienen superficies de flanco que se extienden paralelas al eje de flecha y el apareamiento de éstas con las superficies de flanco de las muescas de miembro de quijada impide la rotación relativa entre ellas. El miembro de quijada 30 incluye además tres aberturas que se extienden radial-mente 30c, cada una teniendo un eslabón auto-energizante 48 que se extiende deslizablemente a su través, y tres pezones 30d en su periferia externa y extendiéndose radialmente hacia afuera hacia rebajos 32e en la periferia interna de la pestaña 32. Los pezones y los rebajos definen topes para limitar la magnitud de la rotación relativa entre la pestaña 32 y el miembro de quijada 30, el cual está fijo rotacionalmente a la flecha 12. Los eslabones 48 son mostrados en relieve en todas las figuras. Cada rebajo tiene una longitud circunferencial mayor que la longitud circunferencial del pezón en él para permitir la rotación relativa limitada entre la pestaña 32 y el miembro de quijada 30 para efectuar el accionamiento del mecanismo auto-energizante. La pestaña 32 incluye tres pares de superficies de leva 32f, 32g en su periferia interna para mover los eslabones 48 radialmente hacia adentro contra cualquiera de las superficies de leva 20e o 20f para reaccionar a la torsión de sincronización entre los embragues de cono y la flecha para proporcionar una fuerza auto-energizante axial aditiva para incrementar la fuerza de vinculación de los embragues de cono vinculados inicialmente por una fuerza de cambio aplicada a la pestaña 32, con ello incrementando la torsión de sincronización provista por los embragues de cono. Las superficies seguidoras de leva o de rampa 48a, 48b en el eslabón 48 reaccionan respectivamente contra las superficies de leva 20f, 20e para proporcionar la fuerza axial aditiva para incrementar respectivamente la torsión de los engranes 16, 14 para cambios a velocidad superior y cambios a velocidad inferior en respuesta a la rotación relativa de la pestaña, vinculando respectivamente superficies de leva 32f, 32g con una rampa cilindrica o superficie seguidora de leva 48c del eslabón 48. Las superficies de leva, como se muestra en la presente, proporcionan fuerza de sincronización que se incrementa para ambos engranes y para incrementar la fuerza de sincronización para cambios a velocidad superior e inferior. Las superficies de leva 20e, 20f pueden ser formadas tal que una primera línea imaginaria en cada superficie de ellas yazca en un plano imaginario paralelo al eje de flecha 12a y una segunda línea imaginaria en cada superficie de ellas forme un ángulo recto tanto con la primera línea imaginaria como con el plano imaginario paralelo al eje. Las superficies seguidoras de leva 48a, 48b, pueden formarse de acuerdo con las mismas reglas que las superficies de leva 20e, 20f. Las superficies de leva 32f, 32g pueden ser formadas tal que una primera línea imaginaria en su superficie yazca en un plano imaginario perpendicular al eje de flecha 12a, y una segunda línea imaginaria en su superficie forme un ángulo recto tanto con la primera línea imaginaria como con el plano imaginario perpendicular al eje. La superficie seguidora de leva 48c puede ser formada de acuerdo con las mismas reglas que las superficies de leva 32f, 32g. La primera línea imaginaria en todas o algunas de las superficies de leva puede ser curva, como se muestra en lo sucesivo para las superficies de leva 20e' , 20f en el miembro 20 en la figura 6. Cuando la pestaña 32 está en la posición neutral de la figura 1, las porciones de diámetro reducido 40b de los pasadores 40 están alineadas con las aberturas de pestaña 32c asociadas, las superficies de fricción de los embragues de cono están ligeramente espaciadas y son mantenidas en esta relación espaciada por superficies pre-energizadoras biseladas o anguladas 44c de los pre-energizadores 42 actuando sobre superficies biseladas pre-energizadoras alrededor de las aberturas de pestaña 32d por la fuerza de los resortes 46, y los eslabones 48 están alineados para contacto con las porciones planas que se extienden axialmente 20g entre las levas 20e, 20f. Las porciones planas 20g y la fuerza axial provista por las superficies pre-energizadoras impiden la pre-energización y la vinculación accidental del sincronizador debido al esfuerzo cortante viscoso del aceite entre las superficies de embrague de cono. Cuando se desea acoplar cualquier engrane a la flecha, un mecanismo de cambios apropiado y no mostrado, tal como el descrito en la patente de los Estados Unidos No. 4,920,815, incorporada en la presente por referencia, es conectado a la periferia externa de la pestaña 32 de una manera conocida para mover la pestaña axialmente a lo largo del eje de la flecha 12 ya sea a la izquierda para acoplar el engrane 14 o a la derecha para acoplar el engrane 16. El mecanismo de cambios puede ser movido manualmente por un operador mediante un sistema de eslabón, puede ser movido selectivamente por un accionador, o puede ser movido por medios que inician automáticamente el movimiento del mecanismo de cambios y que también controlan la magnitud de la fuerza aplicada por el mecanismo de cambios. Cuando el mecanismo de cambios es movido manualmente, la fuerza es proporcional a la fuerza aplicada por el operador a una palanca de cambios. Ya sea que se aplique manual o automáticamente, la fuerza es aplicada a la pestaña 32 en una dirección axial y es representada por la longitud de la flecha F0 en la figura . El movimiento axial inicial a la derecha de la pestaña
32 por la fuerza de cambio del operador F0 es transmitida a las superficies pre-energizadoras 44c para efectuar vinculación friccional inicial de la superficie de cono 38a con la superficie cono 24a. La fuerza inicial de vinculación sobre la superficie de cono es por supuesto una función de la fuerza de los resortes 46 y los ángulos de las superficies pre-energizadoras. La vinculación friccional inicial (con la condición de que exista una condición asincrona e ignorando momentáneamente el efecto de las levas auto-energizantes) produce una fuerza inicial de vinculación de embrague de cono y una torsión inicial de sincronización, lo que asegura rotación relativa limitada entre la pestaña 32 y el anillo de fricción vinculado, y por ende movimiento de las porciones de pasador de diámetro reducido 40b a los lados apropiados de las aberturas de pestaña 32c para proporcio-nar vinculación de los hombros bloqueadores de pasador 40d con los hombros bloqueadores 32h dispuestos alrededor de las aberturas 32c. Cuando los hombros bloqueadores son vinculados, la fuerza total de cambio del operador F0 sobre la pestaña 32 es transmitida al anillo de fricción 38 vía los hombros bloqueado-res, con lo cual el embrague de cono es vinculado por la fuerza plena de cambio del operador F0 para proporcionar una torsión de sincronización de operador T0 resultante. Esta torsión de sincronización de operador T0 es representada por la flecha T0 en la figura 4. Como los hombros bloqueadores están dispuestos a ángulos relativos a la dirección axial de la fuerza de cambio de operador F0, producen una contra-fuerza o torsión de desbloqueo, que es contraria a la torsión de sincronización del embrague de cono pero de menor magnitud durante condiciones asincronas. Al alcanzarse sincronismo sustancial, la torsión de sincronización cae por debajo de la torsión de desbloqueo, con lo cual los hombros bloqueadores mueven los pasadores 40 hacia relación concéntrica con las aberturas 32c para permitir el movimiento axial continuado de la pestaña y la vinculación de los dientes de muesca internos/de quijada 30a del miembro de quijada con dientes de muesca externos/de quijada del miembro de quijada 28 del engrane 16. Los dientes de muesca/de quijada pueden ser configurados como se muestra en las patentes de los Estados Unidos Nos. 3,265,173 y 4,246,993, las cuales son incorporadas en la presente por referencia. Todavía ignorando los efectos de las rampas auto-energizantes, la torsión de embrague de cono provista por la fuerza F0 es expresada por la ecuación (1) . T0 = F0 Rc µc/sen OÍ donde : Rc = radio medio de la superficie de fricción de cono, µc = coeficiente de fricción de la superficie de fricción de cono, y a = ángulo de las superficies de fricción de cono. Mirando ahora a los efectos de las levas auto-energi-zantes, la torsión de sincronización T0, debida a la fuerza axial de cambio F0 aplicada por el operador, es por supuesto transmitida a la pestaña 32 por los pasadores 40 y es reaccionada a la flecha 12 a través de las superficies de leva auto-energizantes vía eslabones 48. Las superficies de leva auto-energizantes, cuando son vinculadas, producen la fuerza axial aditiva Fa que actúa sobre la pestaña en la misma dirección que la fuerza de cambio F0. La fuerza axial aditiva Fa es aplicada a las superficies de fricción vinculadas a través de las superficies bloqueadoras vía una trayectoria de fuerza que incluye el eslabón 48 que reacciona axialmente contra la abertura de embrague de quijada 30c, el anillo de retención 34, y la pestaña 32. Las fuerzas F0 y Fa son aplicadas a la pestaña de cambios 32 en paralelo y se suman para proporcionar una fuerza total Ft, con ello incrementando adicionalmente la fuerza de vinculación del embrague de cono para proporcionar una torsión aditiva de sincronización Ta, la cual se añade a la torsión T0 para proporcionar una torsión total Tt. La suma de las fuerzas axiales para vincular el embrague de cono es de F0 mas Fa y la suma de las torsiones de sincronización que están siendo producidas por el embrague de cono es de T0 mas Ta, como se muestra gráficamente en la figura 4. Para una fuerza de cambio de operador F0 y una torsión de sincronización de operador T0 dadas, la magnitud de la fuerza axial aditiva es de preferencia una función de los ángulos de las superficies de rampa auto-energizantes vinculadas. Estos ángulos son de preferencia suficientemente grandes para producir una fuerza aditiva Fa de magnitud suficiente para incrementar de manera significativa la torsión de sincronización y reducir el tiempo de sincronización en respuesta a un esfuerzo de cambio moderado dado por parte del operador. Sin embargo, estos ángulos son también de preferencia suficientemente bajos para producir una fuerza axial aditiva Fa controlada, es decir la fuerza Fa debe incrementarse o reducirse en respuesta al incremento o decremento de la fuerza F0. Si los ángulos de rampa son demasiado grandes, las rampas son auto-trabantes en vez de auto-energizantes; por ende, una vez que se efectúa la vinculación inicial del embrague de cono, la fuerza Fa se incrementará rápida e incontrolablemente en forma independiente a la fuerza F0, con ello impulsando el embrague de cono a traba incontrolada. La auto-traba en vez de la auto-energización reduce la calidad o la sensación de los cambios, puede sobre-esforzar los componentes del sincronizador, puede ocasionar sobrecalentamiento y rápido desgaste de las superficies de embrague de cono. Las variables y las ecuaciones principales para calcular ángulos de rampas auto-energizantes pueden verse con referen-cia a la patente de los Estados Unidos No. 5,092,439, previamente mencionada . La figura 5 ilustra una porción modificada del sincronizar para limitar resilentemente el máximo valor de la fuerza axial aditiva Fa que pueden producir las superficies de leva. La porción modificada incluye proporcionar al miembro de quijada 30 con hendiduras axialmente mas anchas 30b' y colocando un miembro resilente, tal como un resorte de ondas 50, entre los retenes 34 y los lados 32a, 32b de la pestaña 32. Cuando las superficies de leva 20e, 20f son rectas, como en las figuras 1 y 2, los resortes de ondas permiten suficiente movimiento axial del miembro de quijada 30 y los eslabones 48 para las rampas 48a, 48b para moverse a una posición de balance de fuerza en la intersección de las levas 20e, 20f con porciones planas 20h, 20i. Cuando están en esta posición, la máxima fuerza axial aditiva Fa está limitada a la fuerza transmisible por el resorte en la posición de balance pues cualquier movimiento adicional de las rampas 48a, 48b hacia las porciones planas no genera fuerza axial aditiva. La figura 6 ilustra una modificación de la fuerza de realización de la figura 5; en ella el miembro 20 es provisto con superficies de leva curvas 20e' , 20f en lugar de las levas planas 20e, 20f. Las levas curvas tienen ángulos reducidos progresivamente con relación al eje de flecha 12a y por tanto proporcionan fuerza axial aditiva progresivamente menor por unidad de fuerza aplicada por el eslabón 48. Esta forma de realización permite que los ángulos iniciales de las levas curvas sean mayores y por tanto proporcionen fuerzas axiales aditivas iniciales mayores que se reducen al moverse las rampas 48a, 48b a lo largo de las superficies curvas y también proporcionen la reducción de las fuerzas axiales aditivas con menos flexión de los resortes. El eslabón 48' de la figura 6 es provisto con superficies de leva/rampa curvas 48a' , 48b' en lugar de las superficies de leva/rampa planas 48a, 48b del eslabón 48 en las figuras 3A, 3B. El radio de curvatura de las superficies de leva curvas 48a' , 48b' es menor que el radio de las superficies de leva 20e, 20f, o 20e' , 20f' , con ello permitiendo usar el mismo eslabón con varios ángulos de superficie de leva curva diferentes 20e', 20f o 20e, 20f. El radio de curvatura de las superficies de leva 20e, 20f es por supuesto infinito. Un sincronizador tipo pasador con formas de realización alternativas ha sido divulgado para ilustrar la material inventiva de la presente. Las siguientes reivindicaciones están destinadas a cubrir porciones inventivas de la materia divulgada y variaciones y modificaciones que se creen estar dentro del espíritu de la invención.