PT1983231E - Dispositivo de comando interno de caixa de velocidades - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO DE COMANDO INTERNO DE CAIXA DE VELOCIDADES" A presente invenção é relativa às caixas de velocidades mecânicas dos veículos, nomeadamente de veículos automóveis, e mais particularmente a um dispositivo de comando interno de um tal caixa.

Um dispositivo de comando constituindo todas as características do preâmbulo da reivindicação independente 1 é conhecido de EP-A -1 262 691.

Numa caixa de velocidades convencional, no interior de um cárter, está disposta uma haste de selecção móvel em rotação à volta de um eixo longitudinal. Um órgão condutor, tal como um dedo de passagem de velocidades, suportado transversalmente pela haste de selecção e móvel relativamente a esta em translação ao longo do eixo longitudinal, está destinado a comandar um conjunto de órgãos condutores. De maneira conhecida, os órgãos condutores, tomam em geral a forma de cruzetas ou braços de passagem, nos quais são ordenados entalhes aptos a receber o dedo de passagem para comandar respectivamente as forquilhas correspondentes da caixa de velocidades.

Cada forquilha está disposta sobre um eixo próprio e pode tomar três posições, uma posição de descanso e duas posições de passagem (ou de engate) de relação simétricas relativamente à posição de descanso. As forquilhas vão de uma a outra destas posições por um movimento de translação de acordo com o eixo longitudinal provocado pelo dedo de 2 passagem. Quando um condutor acciona a alavanca de mudança de velocidades, a haste de selecção e o dedo de passagem são movidos em rotação à volta do eixo longitudinal para seleccionar a velocidade desejada, depois o dedo de passagem sozinho é movido em translação ao longo desse eixo para efectuar a passagem da velocidade desejada. A fim de garantir o funcionamento das caixas de velocidades, os meios de bloqueio estão previstos a fim de que uma relação não possa ser solta de modo acidental, sem uma acção voluntária do condutor. De maneira conhecida, estes meios consistem em conjuntos de esferas que formam dispositivos de indexação, permitindo realizar o posicionamento preciso e a manutenção em posição das peças móveis no momento em que a caixa está numa posição de ponto morto ou de relação de velocidade engatada. É conhecido de prever um conjunto de esferas próprio para cada forquilha permitindo indexar dela o posicionamento em translação ao longo do eixo longitudinal. Estes conjuntos de esferas, ditos jusante permitem pois indexar as posições de passagem da caixa de velocidades. É igualmente conhecido de prever um conjunto de esferas dito montante, disposto sobre o módulo de comando interno, em geral sobre a haste de selecção ou o dedo de passagem, e permitindo indexar o movimento de rotação dessas peças, correspondendo à selecção de uma posição de selecção. De maneira conhecida, este conjunto de esferas montante funciona graças a uma esfera cooperante com estriagem realizado numa chave de engrenagem, peça permitindo evitar que o dedo de passagem mova simultaneamente duas forquilhas, o que conduzirá ao engate simultâneo de duas relações. 3 A presença desses múltiplos conjuntos de esferas implica no entanto inconvenientes: - a complexidade e a precisão da sua montagem provocam um custo não insignificante (montagem de numerosas peças móveis, acabamento das superfícies devendo cooperar com as esferas...) - os esforços necessários para provocar uma mudança de posição, nomeadamente sobre as passagens ditas "em viés", quer dizer necessitando ao mesmo tempo uma mudança de posição de selecção e uma mudança de posição de passagem, prejudicam a aprovação de manipulação do condutor. A invenção propõe remediar esses inconvenientes propondo um dispositivo de comando interno de caixa de velocidades facilitando as passagens em viés, melhorando assim a aprovação ressentida pelo condutor. Mais, o dispositivo de comando de acordo com a invenção permite reduzir o número de conjuntos de esferas necessários ao funcionamento da caixa de velocidades.

Deste modo, a invenção refere-se a um dispositivo de comando interno de uma caixa de velocidades mecânica, compreendendo um cárter no interior do qual estão dispostos vários elementos de engate de relações, uma haste de selecção estendendo-se de acordo com um eixo longitudinal e móvel em rotação à volta desse eixo, um dedo de passagem de velocidades suportado pela haste de selecção e apto a deslizar ao longo desta, uma chave de engrenagem suportada pela haste de selecção e fixa em rotação relativamente a esta, o dedo de passagem estando apto a ser engatado selectivamente, por rotação da haste de selecção, num dos vários entalhes ordenados cada um num dos ditos elementos, depois a mover o elemento assim seleccionado por translação 4 do dedo de passagem ao longo da haste de selecção, de modo a realizar o engate de uma relação, enquanto a chave de engrenagem está apta a ser engatada, por rotação da haste de selecção, nos outros entalhes como aquela do elemento seleccionado, de modo a imobilizar os outros elementos de engate, o dispositivo sendo tal que a chave de engrenagem está móvel em translação ao longo do eixo longitudinal, dois batentes fixos relativamente ao cárter limitando de cada lado o curso da chave a um valor inferior ao deslocamento do dedo de passagem no momento de engate de uma relação.

Num primeiro modo de realização, a chave de engrenagem é móvel em translação por deslizamento sobre a haste de selecção.

Num segundo modo de realização, a chave de engrenagem está fixa relativamente à haste de selecção, o conjunto das duas peças estando móvel em translação.

De acordo com uma ou outra dos primeiros e segundo modos de realização, a chave de engrenagem coopera com um conjunto de esferas fixo relativamente ao cárter a fim de indexar simultaneamente o posicionamento em translação dos elementos de engate e este em rotação do dedo de passagem de velocidades.

De acordo com uma caracteristica, a chave de engrenagem compreende um dente, disposto em frente do conjunto de esferas no momento em que a chave está na posição de descanso de modo que a extremidade livre do dente coopera com o conjunto de esferas para realizar a indexação e o 5 retorno da chave ao mesmo tempo no seu movimento de rotação e no seu movimento de translação.

De acordo com uma caracteristica, a extremidade livre do dente compreende um duplo perfil em "V", formando um perfil em "V" ao mesmo tempo de acordo com uma direcção tangencial relativamente à rotação da chave e de acordo com a direcção de translação da chave.

De acordo com uma caracteristica, o duplo perfil em "V" é realizado por meio de quatro rampas sensivelmente planas ou côncavas, formando dois diedros perpendiculares de mesmo centro.

De acordo com uma caracteristica, o jogo entre a parte da chave de engrenagem engatada num entalhe de um elemento de engate e este entalhe está reduzido ao máximo, de modo que autoriza o posicionamento da chave no entalhe impedindo completamente todo o deslocamento relativo desta ao longo do eixo longitudinal.

De acordo com uma caracteristica, a parte da chave de engrenagem está provida de chanfros facilitando o seu engate nos entalhes dos elementos de engates. A invenção refere-se igualmente a uma caixa de velocidades mecânicas com comando manual, provida de um dispositivo de comando interno tal como definido acima.

Outras características e vantagens da invenção aparecerão com a descrição feita mais abaixo, esta última sendo efectuada a titulo descritivo e não limitativo fazendo referência às figuras mais adiante sobre as quais: 6 - a figura 1 representa, de acordo com uma vista em perspectiva, um dispositivo de comando interno de um caixa de velocidades com uma das forquilhas e a sua cruzeta associada; - as figuras 2a e 2b representam respectivamente dois exemplos de uma passagem de velocidades " em viés " permitindo comparar diferentes configurações do dispositivo de comando interno; - a figura 3 mostra, de acordo com uma vista com corte, um detalhe de uma cruzeta com o dedo de passagem e a chave de engrenagem; - a figura 4 mostra uma vista com corte longitudinal do dispositivo de comando interno de acordo com a invenção; - a figura 5 mostra um detalhe da chave de engrenagem de acordo com a invenção.

Um dispositivo 10 de comando interno de uma caixa de velocidades mecânica com comando manual de acordo com a invenção é descrito mais adiante em referência às figuras 1, 3 e 4.

Uma haste de selecção 12 está montada móvel em rotação à volta de um eixo longitudinal XX' relativamente ao cárter da caixa de velocidades. Um dedo de passagem 14 de velocidades, está em ligação corrediça com a haste de selecção 12. A haste de selecção 12 é movida em rotação por uma alavanca de comando externo 26, ligada à alavanca de comando de velocidades, apta a ser manipulada pelo condutor. A haste de selecção 12 gira entre uma pluralidade de posições de selecção de velocidades, movendo o dedo de passagem no seu movimento de rotação. Deste modo, na passagem da haste de selecção 12 de uma posição de selecção a uma outra corresponde a selecção de uma forquilha 7 correspondente via o posicionamento do dedo de passagem 14 num entalhe 20 praticado numa cruzeta 18 solidária da forquilha 16. Para uma melhor legibilidade, uma única forquilha 16 está representada, mas uma caixa de velocidades usual conta geralmente com três forquilhas, aptas a realizar o engate de seis relações (cinco relações de marcha à frente e uma relação de marcha atrás). Uma vez a forquilha 16 seleccionada, o engate de uma relação é realizado por um movimento de translação de acordo com o eixo longitudinal XX' obtido por um deslocamento do dedo de passagem 14 ao longo da haste de selecção 12.

De um modo igualmente conhecido, cada forquilha arrasta no seu movimento um disco sincronizado (não representado). Quando estão na sua posição de descanso, o conjunto das forquilhas estão dispostos de modo que os entalhes praticados sobre as suas cruzetas respectivas estão justapostos circunferencialmente à volta do eixo XX'. A fim de reduzir o raio geral das caixas de velocidade, assim como os desvios das peças móveis, as cruzetas das forquilhas estão geralmente muito próximas, provocando o risco que o dedo de passagem seja posicionado simultaneamente em dois entalhes adjacentes, o que terminará na passagem de duas relações, tendo por consequência o bloqueio ou até mesmo a destruição da caixa.

Para impedir um tal acontecimento de se produzir, é conhecido de prever uma peça chamada chave de engrenagem solidária da haste de selecção estando pois imóvel em translação relativamente ao cárter da caixa de velocidades. No momento em que o dedo de passagem 14 está numa posição de selecção, a chave de engrenagem é engatada nos outros entalhes como o da forquilha seleccionada, imobilizando 8 assim as outras forquilhas. De modo conhecido, o conjunto de esferas "montante" coopera com uma parte da chave de engrenagem, esta estando unicamente móvel em rotação à volta do eixo XX', quer dizer de uma posição de selecção a uma outra. Uma chave de engrenagem do estado técnico compreende para isso uma parte, estendendo-se radialmente, de acordo com um eixo perpendicular ao eixo longitudinal, e cuja extremidade livre constitui duas rampas formando um diedro côncavo. Deste modo, a força elástica exercida pelo conjunto de esferas sobre a chave permite o retorno e a manutenção na posição neutra (ponto morto) da chave de engrenagem.

Graças à invenção pode suprimir-se o conjunto de esferas próprio de cada forquilha, os discos sincronizadores estando pois posicionados, por intermédio das forquilhas, directamente pelo conjunto de esferas "montante" do dispositivo de comando interno. Para melhorar, nesta configuração, a precisão do posicionamento dos discos, é vantajoso que o jogo Δ da chave de engrenagem 22 no interior da cruzeta 18 (tal como representado na figura 3) seja minimo. No entanto, no estado da técnica, a redução deste jogo penaliza grandemente as passagens ditas "em viés", quer dizer as mudanças de velocidades implicando o desprendimento de uma relação, a mudança de posição de selecção depois o engate de uma nova relação como é o caso por exemplo para uma passagem de 2a para 3a.

Uma tal passagem é ilustrada pelas figuras 2a e 2b. A primeira figura corresponde a uma passagem em viés no caso de um jogo entre a chave de engrenagem e as cruzetas de forquilhas elevado, a segunda figura corresponde ao caso onde este jogo é fraco. Vê-se que, neste último caso, o 9 caminho a percorrer com a alavanca de velocidade é mais "quadrado" e menos directo que no caso da figura 2a. Obtém-se pois uma aprovação para a passagem em viés muito esbatida no caso da figura 2b. Com efeito, conforme descrito precedentemente, a chave de engrenagem, no momento de uma mudança de posição de selecção, vem engatar-se nas duas cruzetas de forquilhas diferentes do que a da forquilha seleccionada pelo dedo de passagem. Ora, como a chave de engrenagem da figura 2b está imóvel em translação, encontra-se pois axialmente escalada relativamente a uma forquilha que não está em posição de descanso, e não pode pois engatar-se na cruzeta desta enquanto esta cruzeta não voltou à posição de descanso. 0 jogo entre a chave de engrenagem 22 e as cruzetas de forquilha permite no entanto à chave de se engatar na cruzeta de uma forquilha que está próxima da sua posição de descanso. Esta tolerância é directamente proporcional a este jogo dimensional. Deste modo, quanto mais este jogo é reduzido mais a tolerância é fraca, e mais o movimento de passagem em viés deve ser decomposto, à imagem da figura 2b.

De acordo com uma finalidade da invenção, que consiste especialmente a deixar à chave de engrenagem, um grau de liberdade suplementar, autoriza-se um movimento de translação de fraca amplitude ao longo do eixo XX'. Esta solução permite assim facilitar as passagens em viés reduzindo completamente o jogo entre a chave de engrenagem e as cruzetas de forquilhas. Com efeito, graças ao ligeiro deslocamento da chave de engrenagem, vai poder iniciar-se o movimento de selecção antes que a forquilha na qual o dedo de passagem está engatado não seja totalmente voltada à sua posição de descanso. 10

Mais, uma vez o conjunto das forquilhas em ponto morto, pode começar o movimento de passagem mesmo se o dedo de passagem está engatado em duas cruzetas ao mesmo tempo. Com efeito, o grau de liberdade dado à chave de engrenagem permite que o dedo de passagem mova simultaneamente duas forquilhas, mas somente sobre um curso limitado, dado pelo curso da chave de engrenagem. 0 movimento da chave de engrenagem pode ser obtido de acordo com dois modos de realização . 0 primeiro consiste em entregar a chave de engrenagem móvel em translação relativamente à haste de selecção. O segundo, que é o modo de realização preferido, consiste em deixar a chave de engrenagem solidária da haste de selecção, e a entregar móvel em translação ao longo do eixo da haste o conjunto formado por essas duas peças. Deste modo, limitando o curso em translação da haste de selecção, limita-se do mesmo modo da chave de engrenagem. O modo de realização preferido (segundo modo) está representado na figura 4. A haste de selecção 12 está montada em ligação pivô deslizando no cárter da caixa 24 por meio de um primeiro e segundo rolamentos 242 e 244. A haste de selecção 12 suporta o dedo de passagem 14 e a chave de engrenagem 22, esta última estando solidária da haste 12 via um primeiro corpo 220. Um dente 222, ordenado em altura do primeiro corpo 220 está disposto em frente do conjunto de esferas montante e está apto a cooperar com este. Este último apresenta uma extremidade de forma esférica de modo a cooperar com a forma da extremidade 224 do dente 222. A forma original do dente 222 será detalhada mais abaixo.

Uma extremidade da haste de selecção 12 está solidária de um segundo corpo 260 ele próprio incorporado da alavanca de 11 comando externo 26. 0 conjunto está representado de tal modo que o segundo rolamento 244 está situado entre o primeiro corpo 220 da chave 22 e o segundo corpo 260. Como o rolamento 244 está fixo relativamente ao cárter 24 da caixa de velocidades, a distância entre este último e o primeiro corpo 220 por um lado, e o segundo corpo por outro lado, determina o curso disponível em translação para o conjunto haste 12/chave 22/alavanca 26. Bem evidentemente, o deslocamento em cada sentido da chave de engrenagem 22 que autorizam os jogos A e B é muito mais limitado do que o deslocamento do dedo de passagem 14 necessário para o engate de uma relação. Quando a haste de selecção 12 está em descanso, em ponto morto, os jogos A e B são idênticos, o que permite obter um curso idêntico em cada sentido para a chave 22. A chave de engrenagem 22 de acordo com a invenção permite uma indexação e um retorno ao mesmo tempo na direcção de selecção e na direcção de passagem, graças a um perfil em "duplo diedro". A chave de engrenagem 22 está representada parcialmente na figura 5, e compreende o primeiro corpo 220 permitindo a montagem da chave de engrenagem 22 sobre a haste de selecção 12, a ligação mecânica entre esses dois órgãos sendo do tipo corrediço. A partir desse primeiro corpo 220 estende-se radialmente o dente 222, cuja extremidade livre 224 está apta a cooperar com o conjunto de esferas 28 (representado na figura 4), que toma por exemplo e de maneira conhecida, a forma de uma esfera disposta com uma mola helicoidal num cartucho solidário do cárter da caixa. O perfil da extremidade 224 do dente 222 é em forma de "V" ao mesmo tempo de acordo com a direcção de selecção (i.e. num plano perpendicular ao eixo XX') e de acordo com a direcção de passagem (i.e. num plano 12 compreendendo o eixo XX'). Esse perfil é formado por quatro rampas 226, 228, 230, 232 sensivelmente planas ou côncavas formando dois diedros perpendiculares e de mesmo centro. A fim de pôr em evidência as vantagens trazidas pela chave de engrenagem de acordo com a invenção, as figuras 2a e 2b, já descritas, permitem igualmente dar conta das diferenças de funcionamento de uma caixa de velocidades provida de uma tal chave (figura 2a) com o de uma caixa provida de uma chave de engrenagem fixa como no estado da técnica, mas de que foi suprimido o conjunto de esferas jusante e introduzido um jogo dimensional minimo entre as cruzetas de forquilhas e a chave de engrenagem (figura 2b). Com efeito, as figuras 2a e 2b representam o caminho a percorrer pela alavanca de comando de velocidades, no momento de uma passagem necessitando uma mudança de "corredor" (chama-se convencionalmente corredor aos caminhos verticais da grelha de passagem de velocidades tal como representada nas figuras 2a e 2b), como por exemplo a passagem da segunda relação para a terceira relação (caso representado nas figuras 2a e 2b). Vê-se de maneira evidente, na figura 2a, que a passagem de velocidade dita em "viés" está grandemente facilitada. A aprovação sentida pelo condutor é pois óptima pois que o caminho percorrido aproxima-se de uma linha direita, ao contrário do caminho seguido na figura 2b.

Este funcionamento é obtido graças ao grau de liberdade em translação de que dispõe a chave de engrenagem, que permite, no momento do desprendimento da segunda relação, começar o movimento de selecção antes que a forquilha da primeira/segunda relações não seja voltada ao ponto morto se a parte 23 da chave 22 devendo ser engatada no entalhe 13 20 da cruzeta 18, é provida de chanfros adaptados. Quando esta forquilha voltar à sua posição de descanso, pode começar o movimento de passagem da terceira relação, mesmo se o dedo de passagem está engatado nas duas cruzetas ao mesmo tempo, graças ao grau de liberdade em translação de que dispõe a chave de engrenagem 22. Com efeito, o curso da chave 22 estando muito limitado pela relação ao curso de passagem, a forquilha de primeira/segunda relações não poderá ser conduzida até à posição de engate da primeira relação. Uma vez a terceira relação engatada graças à forquilha da terceira/quarta relação, a chave de engrenagem é reenviada à sua posição de descanso graças à acção de retorno e de indexação do conjunto de esferas 28.

As vantagens de uma chave de engrenagem de acordo com a invenção são numerosas. Em primeiro lugar suprimiu-se o conjunto de esferas jusante ou "conjunto de esferas de forquilhas", o que representa peças de menos relativamente a uma caixa de velocidades tradicional, e pois uma economia. Mais, dispensa-se igualmente o acabamento preciso de perfil de conjunto de esferas sobre as ditas forquilhas, estas tornando-se inúteis. De maneira similar, o cárter da caixa é simplificado, pois que uma parte dos relevos devendo ser prevista e fabricada para receber os conjuntos de esferas são suprimidas. Enfim, a chave de engrenagem de acordo com a invenção é obtida a partir de uma chave convencional para uma adaptação mínima. Com efeito, a única diferença reside no perfil destinado a cooperar com o conjunto de esferas montante de um perfil em V simples, passa-se para um perfil em V duplo.

Lisboa, 23 de Fevereiro de 2010

Claims (10)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo (10) de comando interno de uma caixa de velocidades mecânica, compreendendo um cárter (24) no interior do qual estão dispostos vários elementos de engate (16) de relações, uma haste de selecção (12) estendendo-se de acordo com um eixo longitudinal (XX') e móvel em rotação à volta desse eixo, um dedo (14) de passagem de velocidades suportado pela haste de selecção (12) e apto a deslizar ao longo desta, uma chave de engrenagem (22) suportada pela haste de selecção (12) e fixa em rotação relativamente a esta, o dedo de passagem (14) estando apto a ser engatado selectivamente, por rotação da haste de selecção (12), num dos vários entalhes (20) ordenados cada uma num dos ditos elementos (16), depois a mover o elemento assim seleccionado por translação do dedo de passagem (14) ao longo da haste de selecção (12), de modo a realizar o engate de uma relação, enquanto a chave de engrenagem (22) está apta a ser engatada, por rotação da haste de selecção (12), nos outros entalhes (20) como o do elemento seleccionado, de modo a imobilizar os outros elementos de engate (16), o dispositivo sendo caracterizado por a chave de engrenagem (22) ser móvel em translação ao longo do eixo longitudinal (XX'), dois batentes fixos relativamente ao cárter (24) limitando de cada lado o curso da chave (22) a um valor inferior ao deslocamento do dedo de passagem (14) no momento do engate de uma relação. 2

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, no qual a chave de engrenagem (22) é móvel em translação por deslizamento sobre a haste de selecção (12).

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, no qual a chave de engrenagem (22) está fixa relativamente à haste de selecção (12), o conjunto destas duas peças estando móvel em translação.

4. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, no qual a chave de engrenagem (22) coopera com um conjunto de esferas (28) relativamente ao cárter (24) a fim de indexar simultaneamente o posicionamento em translação dos elementos de engate (16) e aquele em rotação do dedo (14) da passagem de velocidades.

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, no qual a chave de engrenagem (22) compreende um dente (222), disposto em frente do conjunto de esferas (28) quando a chave (22) está em posição de descanso de modo que a extremidade livre (224) do dente (222) coopera com o conjunto de esferas (28) para realizar a indexação e o retorno da chave (22) ao mesmo tempo no seu movimento de rotação e no seu movimento de translação.

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, no qual a extremidade livre (224) do dente (222) compreende um duplo perfil em "V", formando um perfil em "V" ao mesmo tempo de acordo com uma direcção tangencial relativamente à rotação da chave (22) e de acordo com a direcção de translação da chave (22). 3

7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, no qual o duplo perfil em "V" está realizado por meio de quatro rampas (226, 228, 230, 232) sensivelmente planas ou côncavas, formando dois diedros perpendiculares de mesmo centro.

8. Dispositivo de acordo com uma das reivindicação 1 a 7, no qual o jogo Δ entre a parte (23) da chave de engrenagem (22) engatada no entalhe (20) de um elemento de engate (16) e esse entalhe (20) está reduzido ao máximo, de modo que permite o posicionamento da chave (22) no entalhe (20) impedindo completamento o deslocamento relativo desta ao longo do eixo longitudinal (XX').

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, no qual a parte (23) da chave de engrenagem (22) está provida de chanfros facilitando o seu engate nos entalhes (20) dos elementos de engates (16).

10. Caixa de velocidades mecânica de comando manual, provida de um dispositivo (10) de comando interno de acordo com as reivindicações 1 a 9. Lisboa, 23 de Fevereiro de 2010