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MX2014007110A - Transmision por engranajes planetarios con deslizamiento limitado. - Google Patents

Transmision por engranajes planetarios con deslizamiento limitado.

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MX2014007110A
MX2014007110A MX2014007110A MX2014007110A MX2014007110A MX 2014007110 A MX2014007110 A MX 2014007110A MX 2014007110 A MX2014007110 A MX 2014007110A MX 2014007110 A MX2014007110 A MX 2014007110A MX 2014007110 A MX2014007110 A MX 2014007110A
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MX
Mexico
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planetary gear
gear
carrier
limited slip
transmission
Prior art date
Application number
MX2014007110A
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English (en)
Inventor
Alexander Serkh
Peter Ward
Dean Schneider
Imtiaz Ali
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Gates Corp
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    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/721—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously the secondary drive being an energy dissipating device, e.g. regulating brake, in order to vary speed continuously

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Structure Of Transmissions (AREA)
  • Friction Gearing (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

Una transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento que comprende: un elemento de entrada, un elemento de salida, un elemento coaxial con elemento de entrada, un conjunto de engranajes planetarios acoplados entre el elemento de entrada y el elemento de salida, y un elemento de frenado acoplado al conjunto de engranajes planetarios controlando un torque del elemento de salida.

Description

TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES PLANETARIOS CON DESLIZAMIENTO LIMITADO La invención se refiere a una transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado, y particularmente, a una transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado que tiene un elemento de frenado que se acopla con una porción giratoria de un conjunto de engranajes planetarios para controlar el torque de salida de la transmisión por engranajes planetarios.
La invención se refiere a conjuntos de engranajes planetarios .
Los conjuntos de engranajes planetarios son típicamente ensambles unitarios que comprenden un engranaje central, portador, piñones, y una corona dentada.
El subconjunto de engranajes planetarios se incorpora posteriormente a un dispositivo mecánico más grande, como una transmisión automotriz.
La salida de energía o torque del dispositivo más grande en el que se incorpora el conjunto de engranaje planetario es rutinariamente controlable.
Para ciertas aplicaciones sería deseable controlar la salida del torque del propio conjunto de engranaje planetario controlando directamente el torque de uno o más de los componentes del engranaje planetario, como el engranaje central o el portador.
Representativa de la técnica es la patente de E.U. No. 5,106,351 que describe una caja de transferencia para un vehículo de cuatro ruedas motrices proporcionando un eje central que define una primera salida rodeada concéntricamente por un conjunto de engranaje accionado en dirección delantera alta/baja y un conjunto de engranajes del mando doble del eje trasero.
Un collar de embrague de rango se dispone entre los conjuntos de engranajes para proporcionar selectivamente tracción a las cuatro ruedas de rango bajo, neutral, y tracción de tiempo completo a las cuatro ruedas de alto rango. De la misma forma, se dispone una manga de modo entre los conjuntos de engranaje para bloquear selectivamente el engranaje diferencial cuando el vehículo se cambia a su rango baj o de cuatro ruedas .
Cajas de interiores y exteriores de tambor relativamente giratorias rodean el conjunto de engranajes del mando doble del eje trasero para definir una cámara acopladora anular de fluido viscoso entre ellas.
El tambor interno está formado con dientes del engranaje interno anular engranados con una porción del conjunto dual de engranaje planetario para rotación con el primer eje de salida mientras que el tambor exterior está interconectado a una segunda salida para proporcionar un diferencial de tiempo completo a las cuatro llantas con deslizamiento limitado entre la primera y la segunda salida.
Lo que se necesita es una transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado que tiene un elemento de frenado enganchando una porción giratoria de un conjunto de engranajes planetarios para controlar una salida de torque de la transmisión por engranaje planetario.
La presente invención cumple con esta necesidad.
El aspecto primario de la invención es proporcionar una transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado que tiene un elemento de frenado que engancha una porción giratoria de un conjunto de engranajes planetarios para controlar una salida torque de una transmisión por engranaje planetario.
Se señalarán otros aspectos de la invención o serán evidentes mediante la siguiente descripción de la misma y los dibujos que se acompañan.
La invención comprende una transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado que comprende un elemento de entrada, un elemento de salida, un conjunto de engranajes planetarios entre el elemento de entrada y el elemento de salida, el conjunto de engranaje planetario tiene una engranaje central, y un elemento directamente acoplado a la engranaje central, el elemento de frenado controla una salida torque del conjunto de engranaje planetario controlando una velocidad de la engranaje central .
Los dibujos que se acompañan, que se incluyen y forman parte de la especificación, ilustran las incorporaciones preferidas de la presente invención, y junto con una descripción, sirven para explicar los principios de la misma .
La Figura 1 es una vista transversal de la incorporación preferida.
La Figura 2 es una vista en despiece ordenado de la incorporación en la Figura 1.
La Figura 3 es una vista transversal de una incorporación alternativa.
La Figura 4 es una vista en despiece ordenado de la incorporación en la Figura 3.
La figura 1 es una vista transversal de la transmisión de la invención. El portador 20 gira alrededor del eje A-A. El portador 20 puede estar encajado a presión en un eje (no se muestra) .
Una pluralidad de engranajes de piñón 90 están adheridos al portador 20. Cada engranaje de piñón 90 se engrana con una corona dentada 30 y una engranaje central 10.
El elemento engranaje central 11 además comprende un eje A-A.
En esta incorporación el engranaje central 10 se engancha por fricción con el freno 40 a través del elemento de la engranaje central 11.
La corona dentada 30 gira sobre el elemento engranaje central 11 a través del cojinete 80.
En esta incorporación la salida de energía es a través de la corona dentada 30 y la entrada de energía es a través del portador 20.
El freno 40 comprende una carcasa 50, y placas intercaladas 60 y 70.
Las placas 60 comprenden un material de fricción conocido en las técnicas de embragues y frenos .
Las placas 60 están montadas en la carcasa 50. Las placas 70 están montadas en el elemento engranaje central 11. El pistón 41 impulsa las placas 60 a un acoplamiento por fricción con placas 70.
El acoplamiento por fricción entre la placa 60 y la placa 70 aplica un torque de arrastre al elemento del engranaje central 10, el cual a su vez reduce el torque de salida del dispositivo.
El freno 40 puede también comprender otro tipo de frenos como se conocen en la técnica, tal como un cono o un freno de cinta.
En una incorporación alternativa el pistón 41 puede además comprender un cilindro neumático o hidráulico conectado a un sistema de control (no se muestra) .
En la Figura 1 el dispositivo está configurado como un conjunto de engranaje planetario donde el engranaje central 10 es el embrague de reacción y el portador 20 es la entrada para crear un incremento de velocidad en la salida en la corona 30.
En una incorporación alternativa la corona 30 puede ser la entrada resultando en una reducción de velocidad en la salida del portador 20.
El engranaje central 10 se mantendrá fija para crear la proporción de velocidad, pero también se puede deslizar para variar la velocidad de salida, cada velocidad seleccionada usando el freno 40.
Para ilustrar la operación, se asume que la transmisión se usa como un aumentador de velocidad en el que la corona 30 es la salida y el portador 20 es la entrada.
La proporción de la transmisión cuando el engranaje central 10 se mantiene sin ninguna rotación por medio del freno 40 es: Donde , S es el número de dientes del engranaje central 10 R es el número de dientes en la corona 30 En este ejemplo el engranaje central 10 tiene 12 dientes y la corona 30 tiene 60 dientes de forma que la proporción es 0.83:1.
Si el portador está inclinado a 1,00RPM con un torque de 12Nm y el engranaje central 10 no está rotando debido a la aplicación del freno 40 luego la corona 30 se inclina a 1,200RPM y a un torque de lONm.
Es posible deslizar el freno 40 para tener cualquier velocidad menor de 1,200RP en la corona 30. Si la velocidad deseada de la corona 30 es 1100RPM la fuerza aplicada para el freno 40 puede ser reducida para permitir que el engranaje central 10 se deslice.
Para calcular la velocidad de deslizamiento requerida en el engranaje central 10 se usaría el siguiente cálculo: (K + S)a)CARRIER uCARRIER is the speed of the carrier uRING is the speed of the ring uSUN is the speed of the sun (R-S) w PORTADOR = RwCORONA + Sw Engranaje Central wPORTADOR es la velocidad del portador wCorona es la velocidad de la corona wEngranaje central es la velocidad del engranaje central En este caso la velocidad de deslizamiento del engranaje central 10 es de 500 RPM para disminuir la velocidad de la corona 30 a 1100 RPM de 1200 RPM.
La pérdida de energía es simplemente el producto del cambio en la velocidad en la corona 30 y del torque en la corona 30 como se muestra en la ecuación: Ploss = n 2* . ( (úRING)(TRing) eOs/min La perdida de energía desde la corona de deslizamiento 30 es aproximadamente 105 Watts.
El torque en el engranaje central 10 es menor de 2Nm porque la velocidad en el engranaje central 10 es mayor a 500 RPM.
La pérdida de energía es más fácil de administrar a una velocidad alta porque la fuerza requerida aplicada a la placa 60 y a placa 70 es menor.
La fuerza menor aplicada permite la reducción del tamaño físico total de la placa 60, la placa 70 y la carcasa 50.
La Figura 2 es una vista en despiece ordenado de la incorporación en la Figura 1.
Las juntas tóricas 51 previenen que se introduzcan residuos en la carcasa y lleguen a las placas 60, 70.
Las juntas tóricas 51 también se usan para sellar el pistón 41 como un límite de presión.
La cubierta de la carcasa 52 está fija a la carcasa 50 usando pernos 53.
Una placa 60 se apoya sobre una placa extrema 54.
El anillo de retención 82 retiene al cojinete 81 en el portador de la corona 31.
El deflector 33 dirige el aceite dentro de la interfaz de engranaje entre el piñón 90 y el engranaje central 10.
La corona dentada es retenida entre el portador de la corona 31 y el portador de la corona 32.
El anillo de retención 83 retiene al cojinete 80 en el portador de la corona 32.
En esta incorporación, tres embragues de piñón 90 están acoplados al portador 20, aunque se pueden usar más piñones dependiendo de las necesidades del usuario.
El engranaje central 10 encaja a presión en una superficie externa del elemento engranaje central 11.
La Figura 3 es una vista transversal de una configuración alterna.
En esta incorporación, el mecanismo de frenado se aplica al portador 300, en donde el mecanismo de frenado de la Figura 1 se aplica al engranaje central 10.
En esta incorporación dos engranajes anulares (100, 500) comparten un portador 300 en común con un piñón compuesto 200, donde el portador es el elemento de reacción.
La corona 100 es la salida para crear un aumento en la velocidad en la corona de salida 500.
El portador 300 es el elemento de reacción que no puede girar o se desliza usando un freno 400.
Como se ha señalado para la incorporación en la Figura 1, el flujo de energía puede estar en cualquier dirección, es decir, con entrada a través del portador de la corona 501 y una salida a través del portador 101 para una disminución en la velocidad de la transmisión.
La corona dentada 100 está dispuesta en una superficie interior del portador de la corona 101.
La corona dentada 100 engrana con una pluralidad de piñones compuestos 200.
Los piñones compuestos 200 están acoplados alrededor del portador 300.
Cada piñón compuesto 200 comprende dos embragues, es decir, embrague 201 y embrague 202.
Cada embrague 201 y embrague 202 tiene un número de dientes diferentes. La corona dentada 100 engrana con cada embrague 201.
La corona dentada 500 está dispuesta en una superficie interna de un portador de corona 501.
La corona dentada 500 se engrana con cada engranaje 202 en cada piñón compuesto 200.
El freno de cinta 400 engancha por fricción una superficie circunferencial 301 del portador 300.
El freno de cinta comprende una banda 401 sobre la que está montado el material de fricción 402.
El material de fricción 402 engancha por fricción la superficie 301.
El freno de cinta 400 opera de forma conocida en la técnica usando un medio mecánico para apretar la cinta sobre la superficie 301, asi incrementando la fuerza por fricción aplicada al portador.
Dichos medios pueden incluir pero no están limitados a un actuador eléctrico, un pistón neumático o hidráulico, un tornillo tipo-Acmé o una palanca simple (no se muestra) .
En operación, cada engrane comprende un número de dientes pre-determinado.
Cada engrane puede tener cualquier número de dientes según se muestra en la técnica según lo requiera el usuario.
En la esta incorporación la corona 100 tiene 107 dientes .
El piñón compuesto 200 tiene dos perfiles de dientes de engranaj e .
El engranaje 201 tiene 13 dientes que engranan con la corona 100 y el engranaje 202 tiene 17 dientes que engranan con la corona 500.
La corona 500 tiene 111 dientes.
Si la corona 100 gira a 1,000 RP y el portador 300 se mantiene fijo (no en rotación) por el freno 400 entonces la corona 500 girará a 1,260 RPM.
La velocidad de la corona 500 puede disminuir permitiendo que el portador 300 se deslice liberando parcialmente el freno 400.
Por ejemplo, para alcanzar un deslizamiento del 10% en la corona 500, el portador 300 se debe deslizar para que el portador 300 gire a 485RPM.
El cambio en velocidad en la corona 500 y el portador de la corona 501 es de 126 RPM, pero el incremento en velocidad del portador 300 permitido por el deslizamiento de 10% significa que un torque menor que debe ser gestionado por el freno 400 haciendo posible tener una fuerza menor aplicada al mecanismo de frenado.
La Figura 4 es una vista en despiece de la incorporación en la Figura 3.
En esta incorporación, tres piñones compuestos 200 están unidos al portador 300.
El freno de cinta 400 está dispuesto radialmente hacia fuera del portador 300.
Este arreglo permite que la transmisión tenga un espesor de perfil delgado T, permitiendo el uso en áreas confinadas. El dispositivo inventivo hace simple y preciso el control de la velocidad.
El sistema de control puede monitorear la velocidad y/o el torque en la salida y en el elemento de reacción permitiendo que el elemento de deslizamiento varíe constantemente para permitir una velocidad constante a la salida.
Hay varios métodos que se pueden usar para medir el torque del deslizamiento o del elemento de frenado. Algunos ejemplos de medición de torque son células de carga y el uso de un elemento elástico tal como resortes de torsión o compresión.
El elemento elástico tiene un rango de oscilación conocido que se puede usar con un desplazamiento angular o lineal para medir el torque.
Aunque en el presente se han descrito formas de la invención, para aquellos expertos en el oficio será obvio que se pueden hacer variaciones en la construcción y relación de partes sin apartarse del principio y alcance de la invención que aquí se describe.

Claims (17)

Reivindicaciones : Reivindicamos :
1. Una transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado que comprende: un elemento de entrada; un elemento de salida; un engranaje planetario acoplado entre el elemento de entrada y el elemento de salida, el conjunto de engranaje planetario que tiene una engranaje central; y un elemento de frenado acoplado al engranaje central, el elemento de frenado controla la fuerza de salida del conjunto de engranaje planetario controlando una velocidad del engranaje central.
2. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 1, en la que el elemento de salida comprende una corona dentada.
3. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 1, en la que el elemento de entrada comprende un portador del engranaje planetario.
4. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 1, en la que el elemento de frenado comprende una pluralidad de placas .
5. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 1, en la que el elemento de salida comprende un portador del engranaj e planetario .
6. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 1, en la que el elemento de entrada comprende una corona dentada.
7. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado que comprende: un elemento de entrada; un elemento de salida coaxial con el elemento de entrada; un conjunto de engranajes planetarios acoplado entre el elemento de entrada y el elemento de salida; y un elemento de frenado acoplado al conjunto de engranaje planetario para controlar un elemento de salida torque.
8. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 7, en la que : el elemento de frenado está acoplado a una engranaje central ; el elemento de frenado comprende una pluralidad de placas intercaladas alternativamente conectadas a una carcasa y al engranaje central; y un elemento de empuje que ejerce una fuerza predeterminada en las placas intercaladas.
9. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 7 que comprende : un portador; una primer corona dentada y una segunda corona dentada; un piñón compuesto unido al portador en un acoplamiento de engranaje con la primer corona dentada y la segunda corona dentada; el elemento de frenado está acoplado al portador; el piñón compuesto tiene un primer engranaje y un segundo engranaje, en el que el número de dientes en el primer engranaje no son iguales al número de dientes del segundo engranaje.
10. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 9, en la que el elemento de frenado comprende un freno de cinta.
11. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 10, en la que el freno de cinta engancha una superficie del portador.
12. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 11, en la que el freno de cinta está colocado radialmente hacia fuera de la superficie del portador.
13. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado que comprende: un elemento de entrada; un elemento de salida que es coaxial con el elemento de entrada; un conjunto de engranaje planetario acoplado entre el elemento de entrada y el elemento de salida, el conjunto de engranaje planetario tiene un portador; un elemento de frenado acoplado al portador; y un elemento de empuje que ejerce fuerza por el cual el elemento de frenado controla una salida de torque del conjunto de engranaje planetario.
14. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado que comprende: una primer corona dentada y una segunda corona dentada; un piñón compuesto unido al portador y un engranaje acoplado con la primer corona dentada y la segunda corona dentada; el piñón compuesto tiene un primer engranaje y un segundo engranaje, en el que el número de dientes del primer engranaje no es igual al número de dientes del segundo engranaje.
15. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 14, en la que el elemento de frenado comprende un freno de cinta.
16. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 15, en la que el freno de cinta acopla una superficie del portador.
17. La transmisión por engranajes planetarios con deslizamiento limitado como en la reivindicación 16, en la que el freno de cinta está colocado radialmente hacia fuera de la superficie del portador.
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