PT2232352E - Um novo mecanismo para engrenar engrenagens em movimento - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"UM NOVO MECANISMO PARA ENGRENAR ENGRENAGENS EM MOVIMENTO" CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção é referente na sua generalidade à transmissão manual dos automóveis. Em particular, diz respeito ao projeto do sistema da engrenagem de marcha atrás.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Como é bem conhecido de quem é especializado na arte, as transmissões manuais são alteradas pelo operador do veiculo, que move uma alavanca de mudança de velocidades que funciona através de um mecanismo de deslocamento, para acoplar seletivamente um de uma pluralidade de conjuntos de engrenagens, o qual faz mover o eixo de saida numa primeira direção e a uma predeterminada desmultiplicação da velocidade relativamente ao eixo de entrada. Em particular, a maioria das transmissões manuais incluem uma pluralidade de conjuntos de engrenagens sincronizadas, que podem seletivamente ser engrenadas para estabelecer as diferentes velocidades para a frente.

Além disso, muitas transmissões manuais são equipadas com um conjunto intermédio que possa seletivamente ser engrenado, estabelecendo a engrenagem de marcha atrás. Tipicamente, o conjunto intermédio de marcha atrás inclui um carreto de entrada de marcha atrás, acionado pelo eixo de entrada, um carreto de saida de marcha atrás, fixo no eixo de saída através de estrias ou de um escatel e um carreto intermédio de marcha atrás que é seletivamente móvel para o acoplamento engrenado com o carreto de entrada de marcha atrás e com o carreto de saída de marcha atrás, 2 para conduzir o eixo de saída numa segunda direção e a uma predeterminada desmultiplicação da velocidade relativamente ao eixo de entrada, para estabelecer a engrenagem de marcha atrás.

Durante a operação do veículo motorizado, uma das velocidades para a frente é normalmente desacoplada imediatamente antes da seleção da engrenagem de marcha atrás. Como tal, o eixo de entrada está livre para continuar a rodar devido à inércia sob uma condição essencialmente sem carga até que, através das perdas por atrito e pela resistência do ar, a inércia do eixo de entrada é dissipada e a rotação impedida. Se o operador do veículo move a alavanca de mudança de velocidades, na tentativa de acoplar o carreto intermédio de marcha atrás enquanto o eixo de entrada ainda está a rodar, os dentes do carreto intermédio de marcha atrás irão chocar nos dentes do carreto de marcha atrás de saída. Dessa forma, a força aplicada pelo operador do veículo através da alavanca de mudança de velocidades conduz a um ruído indesejável. Isto acontece porque os dentes do carreto intermédio de marcha atrás são forçados a contactar com os dentes do carreto de marcha atrás de saída, mas sendo contudo incapazes de engrenar em consequência das velocidades angulares relativas. Esta situação, geralmente referida como "arranhar a marcha atrás", conduz a um ruído desagradável de fricção e o arranhar é sentido pelo operador do veículo.

Para evitar esta situação, o operador do veículo tem que esperar que o eixo de entrada pare de rodar, antes que a alavanca de mudança de velocidades possa ser movida silenciosamente e suavemente para acoplar a engrenagem de marcha atrás. Infelizmente, qualquer atraso requerido antes que a alavanca de mudança de velocidades possa ser movida para acoplar a engrenagem de marcha atrás, de forma a evitar a ocorrência do arranhar da marcha atrás, é inconveniente. Consequentemente, foi considerado por muitos 3 projetistas de caixas de velocidades que o arranhar da marcha atrás pode ser virtualmente eliminado pela paragem da rotação do eixo de entrada, antes que seja feita uma tentativa de acoplar o carreto intermédio de marcha atrás com o carreto de saída de marcha atrás.

Alguns dos sistemas de engrenagem de marcha atrás sincronizados existentes são divulgados nas patentes US 4.510.818, 5.845.531 e 6.109.128.

Uma técnica conhecida para eliminar a ocorrência do arranhar da marcha atrás é equipar a transmissão com um conjunto sincronizado de engrenagem de marcha atrás. São divulgados como exemplo conjuntos sincronizados de engrenagem de marcha atrás nas patentes US 4.510.818; 4.558.607; 4.640.141 e 5.385.065. No entanto, o custo e a complexidade associados à incorporação do conjunto sincronizado de engrenagem de marcha atrás na transmissão, nem sempre é comercialmente justificável. A título de exemplo, a patente US 4.510.818 tenta fornecer um dispositivo que impeça o zumbido da engrenagem de marcha atrás causado pelo ruído do engate do carreto intermédio de marcha atrás, na mudança da engrenagem de marcha atrás, para eliminar o zumbido desagradável da engrenagem assim como para melhorar a sensação da mudança de velocidade. Divulga uma montagem que incorpora uma unidade sincronizadora. O efeito de sincronização da unidade sincronizadora para as velocidades para a frente, que é mudada no mesmo sentido que a mudança do sentido da marcha atrás, pode ser utilizado para a operação da mudança para marcha atrás, parando ou retardando assim a rotação do eixo de entrada devida ao efeito da inércia.

Alternativamente, foram desenvolvidas diversas montagens de travões de inversão de marcha para utilização nas transmissões manuais equipadas com um conjunto não sincronizado de engrenagem de marcha atrás. São divulgadas como exemplo montagens de travões de inversão de marcha nas 4 patentes dos US 4.225.024; 4.294.338 e 4.598.599. Embora estes dispositivos previamente conhecidos tenham provado ser satisfatórios para a finalidade então pretendida, cada um apresenta os seus próprios inconvenientes e limitações inerentes. Assim, permanece pendente na arte a necessidade de um travão de inversão de marcha simples e barato para uma transmissão manual, que seja eficaz a eliminar o arranhar da engrenagem ao mudar a transmissão de uma engrenagem para a frente, para uma engrenagem de marcha atrás.

Glen W Fraley et al, na patente US 5.845.531 divulgou um outro sistema com um travão de inversão de marcha incorporado no trem de engrenagens de uma transmissão manual. 0 travão atua para parar a rotação do eixo de entrada devida ao efeito da inércia, antes do acoplamento da engrenagem de marcha atrás. Em particular, um conjunto de engrenagens de acoplamento continuo é acionável com uma embraiagem para estabelecer uma ligação da transmissão para a frente entre o eixo de entrada e o eixo de saida, sendo ainda acionável com uma outra embraiagem para travar a rotação do eixo de entrada sem estabelecer uma ligação da transmissão para a frente com o eixo de saida. No entanto, mesmo esta engrenagem sofre de alguns inconvenientes tais como o número excessivo de peças e custos extra associados e desenho incómodo.

Mazet Stephane, na patente US 6.109.128, divulgou um sistema de engrenagem de marcha atrás com um eixo da engrenagem de marcha atrás montado na carcaça, paralelo aos eixos de entrada e de saida. Este incorpora dois carretos intermédios que rodam livremente no eixo, um dos quais acopla num carreto fixo no eixo de entrada e o outro que acopla num carreto fixo no eixo de saida. Um dispositivo de sincronização da inversão de marcha é posicionado entre os dois carretos intermédios para acoplar a relação da engrenagem de marcha atrás. O sincronizador inclui uma 5 união de embraiagem de maxilas que está fixa através de estrias a um dos carretos intermédios e desliza para o outro carreto intermédio para atuar uma embraiagem de sincronização. Um dos principais inconvenientes deste sistema é ser complicado e aumentar o custo do sistema da caixa de velocidades. A patente JP 03037458 divulga um carreto intermédio de marcha atrás, que tem uma protuberância que entra em contacto com um componente de borracha no eixo de marcha atrás intermédio, durante a deslocação axial da engrenagem ao longo do eixo. É evidente que alguns dos inconvenientes que o sistema de engrenagem de marcha atrás existente tem são: a. Contêm um grande número de peças para controlar as engrenagens de marcha atrás, o que complica o conjunto da caixa de velocidades b. 0 custo da caixa de velocidades aumenta devido ao maior número de peças c. A caixa de velocidades torna-se volumosa; o aumento do tamanho da caixa de velocidades e o maior número de peças conduzem igualmente ao aumento do peso total do sistema de transmissão d. O projeto da caixa de velocidades é mais complexo e, por este motivo, conduz também a uma maior variedade de formas potenciais de avaria e. Estes sistemas não podem ser facilmente incorporados em veículos já existentes. Há necessidade de um sistema simplificado de acoplamento da engrenagem de marcha atrás que reduza o número de peças, provocando menos ruído no momento da operação de engrenagem da marcha atrás e que, consequentemente, proporcione uma caixa de velocidades económica.

FINALIDADE DA INVENÇÃO 6

Consequentemente, a principal finalidade da invenção é proporcionar uma caixa de velocidades manual que tenha um mecanismo simples para o acoplamento da engrenagem de marcha atrás.

Outra finalidade da invenção é disponibilizar um mecanismo para o acoplamento da engrenagem de marcha atrás, que seja fácil de instalar nas caixas de velocidades OEM de outros fabricantes, para automóveis novos ou já existentes.

Ainda outra finalidade da presente invenção é disponibilizar um mecanismo de acoplamento da engrenagem de marcha atrás, que seja economicamente viável em termos de instalação e de manutenção.

Ainda uma outra finalidade da presente invenção é reduzir o ruído e o desgaste dos componentes da caixa de velocidades que ocorre durante o acoplamento da engrenagem de marcha atrás.

RESUMO DA INVENÇÃO A invenção compreende um mecanismo de acoplamento da engrenagem de marcha atrás que acopla esta engrenagem de forma eficaz e minimizando o desgaste e o nível de ruído. Funciona reduzindo a velocidade do carreto intermédio de marcha atrás a um nível necessário para o acoplamento da engrenagem de marcha atrás, antes de acoplar com o carreto intermédio fixo. A invenção pode ser instalada em automóveis novos e já existentes, que tenham caixas de velocidades manuais. 0 mecanismo utilizado para a redução de velocidade inclui elementos de atrito especialmente concebidos e instalados, os quais reduzem as velocidades dos movimentos axiais e de rotação do carreto intermédio de marcha atrás. As velocidades axiais e angulares são reduzidas a uma gama onde o carreto intermédio de marcha atrás acople suavemente 7 com o carreto fixo de marcha atrás, provocando dessa forma o mínimo ruído e desgaste das peças engrenadas.

LISTA DE PEÇAS

Trem de engrenagens (1) Eixo de saída (2) Contraveio (3)

Pinhão no contraveio (3a)

Carreto intermédio de marcha atrás (4)

Eixo intermédio (5)

Carreto fixo de marcha atrás (6)

Garfo da mudança de marcha atrás (7)

Almofadas do garfo ou dentes (7a)

Ranhura do carreto (8)

Colar anelar (9)

Chanfro (10)

Ranhura do arame (11)

Arame (12)

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A figura 1 mostra o trem de engrenagens total A figura IA mostra uma secção de corte típica do trem de engrenagens A figura 2 mostra o garfo da mudança A figura 3 mostra o eixo intermédio e o arame A figura 4 mostra a posição da mola de arame quando a engrenagem de marcha atrás está na posição neutra e também os detalhes do arame colocado na ranhura do arame

A figura 5 mostra o carreto intermédio de marcha atrás na posição de engrenagem de marcha atrás acoplada DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A presente invenção divulga um novo mecanismo para acoplar a engrenagem de marcha atrás provocando o mínimo ruído e desgaste do componente.

Conforme representado nas figuras 1 e IA, uma caixa de velocidades típica compreende um trem de engrenagens (1) para o movimento para a frente e um sistema separado de engrenagens para o movimento de marcha atrás. O sistema da engrenagem de marcha atrás compreende tipicamente um par de carretos de marcha atrás, um carreto intermediário de marcha atrás (4) e um carreto fixo de marcha atrás (6). É sempre acoplado um pinhão do contraveio (3a) com o carreto intermédio de marcha atrás (4) . 0 carreto intermédio de marcha atrás (4), acoplado com o pinhão do contraveio (3a) , é deslocado axialmente para uma posição onde acople com o carreto fixo de marcha atrás (6) . Em sistemas de transmissão manual, isto é conseguido deslocando manualmente o carreto intermédio de marcha atrás (4) sobre um eixo intermédio de marcha atrás (5). As velocidades angulares relativas dos dois carretos de marcha atrás (4 e 6) devem estar dentro de um limite adequado, de modo que o acoplamento da engrenagem de marcha atrás ocorra sem níveis inaceitáveis de ruído e de desgaste dos componentes da engrenagem. Isto é conseguido normalmente reduzindo a velocidade angular do carreto intermédio de marcha atrás (4) .

Para que a velocidade angular do carreto intermédio de marcha atrás (4) se reduza para os limites requeridos, é providenciado um novo mecanismo na presente invenção. 0 novo mecanismo da presente invenção compreende um carreto intermédio de marcha atrás (4), com uma montagem especial para impedir o movimento axial da engrenagem, um garfo da mudança de marcha atrás (7) com almofadas do garfo especialmente construídas (7a) para impedir o movimento de rotação da engrenagem e um eixo intermédio (5) provido de uma montagem especial. 0 carreto intermédio de marcha atrás (4) da presente invenção é fornecido com uma ranhura (8), que é formada pela inclusão de um colar anelar (9) . Um garfo da mudança de marcha atrás (7) (ver figura 2) acopla com os respetivos dentes do garfo (7a) com a ranhura (8) . Uma caraterística nova da presente invenção é que os dentes (7a) do garfo da mudança (7) estão revestidos com um revestimento especial 9 de atrito. As almofadas dos dentes do garfo (7a) são implantadas com uma camada de material de elevado coeficiente de atrito. Este material pode ser qualquer um apropriado para o propósito e o qual uma pessoa especializada na arte conhece. Os inventores descobriram surpreendentemente que a cortiça natural ou tratada funciona bem para esta finalidade. 0 contacto dos dentes do garfo da mudança (7a) com a superfície interior do colar anelar rotativo (9), sob a aplicação de uma força axial, cria um momento de atrito que resulta na redução da velocidade angular do carreto intermédio de marcha atrás (4) . A área do revestimento de atrito depende da inércia refletida do trem de engrenagens total, que é acoplado com o carreto intermédio de marcha atrás (4) no instante do início do movimento axial. A força de ligação do material de atrito nos dentes do garfo (7a) é assegurada para que seja maior do que a tensão de corte resultante do momento de atrito gerado entre o colar anelar (9) do carreto intermédio e os dentes do garfo (7a) . Uma outra característica nova da presente invenção é o mecanismo providenciado para proporcionar mais tempo em que ocorre a redução da velocidade angular do carreto intermédio de marcha atrás (4). Os inventores descobriram que se for aplicada resistência axial ao movimento longitudinal do carreto intermédio de marcha atrás (4) no eixo intermédio (5), isto concede vantajosamente mais tempo para a redução da velocidade angular do carreto intermédio de marcha atrás (4) sob a ação do momento de atrito. Isto é conseguido colocando uma obstrução no trajeto do movimento axial do carreto intermédio de marcha atrás (4) . Um arame (12) feito de material endurecido é colocado dentro de uma ranhura circunferencial (11) realizada no eixo intermédio de marcha atrás (5) (ver figura 3). 0 tamanho e a forma da ranhura circunferencial (11) são tais que o arame (12) tem espaço suficiente para ajustar a sua posição quando fica 10 sob o carreto intermédio de marcha atrás (4) e permanece pressionado durante todo o funcionamento da engrenagem de marcha atrás (ver figura 5).

Os inventores descobriram proveitosamente que o arame (12), quando sob pressão radial, adere à superfície interior do carreto intermédio de marcha atrás (4). Esta montagem elimina de forma vantajosa qualquer movimento relativo entre a mola de arame (12) e o carreto intermédio de marcha atrás (4), eliminando consequentemente qualquer desgaste resultante do movimento relativo. Como resultado, o casquilho macio que funciona na superfície interior do carreto intermédio de marcha atrás (4) não se desgasta, visto que o anel de arame (12) roda continuamente com a superfície interior deste na condição de mudança de marcha atrás atuada. A posição da ranhura circunferencial (11) é tal que o carreto intermédio de marcha atrás (4) se desloca uma distância suficiente ao longo do eixo intermédio de marcha atrás (5) requerendo o tempo suficiente para a redução de velocidade angular pretendida. No fim do seu movimento axial, o carreto intermédio de marcha atrás (4) tem a velocidade angular pretendida e é posicionado de forma que pode acoplar suavemente, com o mínimo ruído e sem colisão com o carreto fixo de marcha atrás (6).

Para facilitar a passagem do carreto intermédio de marcha atrás (4) sobre o arame (12), é providenciado um chanfro (10) na parte dianteira do carreto intermédio de marcha atrás (4) (ver figura 4) . 0 tamanho do chanfro e o diâmetro do arame (12) são também projetados para que o movimento do carreto intermédio de marcha atrás (4) sobre o arame (12) seja realizado com o menor esforço possível. São determinados na ranhura circunferencial (11) os afastamentos radial e axial suficientes para evitar o aquecimento e a soldadura do anel de arame rotativo (12) ao eixo intermédio estacionário (5). 11

Quando o carreto fixo de marcha atrás (6) é desacoplado e o carreto intermédio de marcha atrás (4) se desloca de regresso à sua posição neutra, a mola de arame (12) salta de regresso à sua posição original. A mola de arame pode ser feita de arame oco. A forma da secção transversal da mola de arame pode ser qualquer uma apropriada para a finalidade pretendida.

Numa outra incorporação da presente invenção, é providenciado um anel de arame fechado em vez do anel de arame aberto.

Ainda noutra incorporação adicional da presente invenção, é providenciada uma montagem esfera / cavidade com uma mola helicoidal axial em posições predeterminadas. Durante o processo de acoplamento da engrenagem de marcha atrás, o carreto intermédio de marcha atrás pressiona e prende a esfera na posição pressionada.

Embora a descrição acima contenha muitas especificidades, estas não devem ser interpretadas como limitativas no espaço da invenção, mas antes como uma exemplificação das incorporações preferenciais da mesma. São possíveis muitas outras variações. Por esta razão, o âmbito da invenção deve ser determinado não pelas incorporações ilustradas, mas pelas reivindicações anexas. 12

REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de referências citadas pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente Europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente citados na descrição us 4510818 A [0006] [0007] us 5845531 A [0006] [0009] us 6109128 A [0006] [0010] us 4558607 A [0007] us 4640141 A [0007] us 5385065 A [0007] us 4225024 A [0008] us 4294338 A [0008] us 4598599 A [0008] JP 03037458 i A [0010]

Claims (6)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um mecanismo para engrenar as engrenagens em movimento, compreendendo este mecanismo um carreto intermédio de marcha atrás (4), um eixo intermédio (5) e um garfo da mudança de marcha atrás (7), onde o referido carreto intermédio de marcha atrás (4) é provido de uma ranhura (8), esta ranhura por sua vez formada pela inclusão de um colar anelar (9); o referido carreto intermédio de marcha atrás (4) tem um casquilho macio sob o mesmo; o referido garfo da mudança de marcha atrás (7) engrena com a ajuda dos seus dentes do garfo (7a) com a referida ranhura (8), sendo estes dentes do garfo da mudança de marcha atrás providos de um revestimento de atrito especial; é colocada uma obstrução no eixo intermédio (5), sendo esta obstrução criada através da realização de uma ranhura circunferencial (11) no referido eixo intermédio, ranhura esta na qual é colocado um arame (12) feito de material endurecido, de forma a que o referido arame tem espaço suficiente para ajustar a sua própria posição, quando fica sob o carreto intermédio de marcha atrás (4) anteriormente mencionado, durante o movimento lateral da engrenagem e permanece pressionado durante o funcionamento do referido carreto intermédio de marcha atrás; e onde a posição da referida ranhura circunferencial (11) é tal que: a. o referido carreto intermédio se desloca uma distância suficiente ao longo do eixo intermédio de marcha atrás (5) requerendo o tempo suficiente para a redução de velocidade angular pretendida, e b. o referido carreto intermédio de marcha atrás (4) é posicionado de forma que pode engrenar suavemente, com o 2 mínimo ruído e sem colisão com o carreto fixo de marcha atrás (6); e em que quando a engrenagem de marcha atrás (6) mencionada é desengrenada e o carreto intermédio de marcha atrás (4) se desloca de regresso à sua posição neutra, a mola de arame (12) salta de regresso à sua posição original.

2. Um mecanismo para engrenar as engrenagens em movimento segundo a reivindicação 1, onde é providenciado um chanfro (10) na parte dianteira do referido carreto intermédio de marcha atrás (4).

3. Um mecanismo para engrenar as engrenagens em movimento segundo a reivindicação 2, onde o arame mencionado é oco na sua secção transversal.

4. Um mecanismo para engrenar as engrenagens em movimento segundo a reivindicação 3, onde a forma de secção transversal do referido arame é qualquer uma apropriada para a finalidade em que é empregada.

5. Um mecanismo para engrenar as engrenagens em movimento segundo a reivindicação 4, onde a obstrução mencionada está na forma de pelo menos um conjunto, o qual compreende uma esfera, uma cavidade e uma mola helicoidal axial, tais que o referido carreto intermédio de marcha atrás pressiona e mantém pressionada a esfera durante o processo de engrenagem da marcha atrás.

6. Um mecanismo para engrenar as engrenagens em movimento segundo a reivindicação 5, onde os referidos dentes (7a) do garfo da mudança (7) são revestidos com material de elevado atrito, preferencialmente cortiça natural ou tratada.