ES1061315U - Engranaje con efecto diferencial. - Google Patents

Abstract

1. Engranaje con efecto diferencial, del tipo que se instala en trenes de ruedas tractoras de coches de juguete que funcionan guiados por las ranuras de una pista o superficie de juego, comprendiendo dichos trenes de ruedas un eje (1), una pluralidad de llantas (2) para las ruedas, y al menos un remate (12) del eje (1), caracterizado porque comprende: un platillo (4) que gira solidariamente al eje (1), con una primera cara de fricción; una corona (3) dentada, dispuesta loca sobre el eje y contigua a la primera cara de fricción del platillo (4), disponiendo la corona (3) de una pluralidad de orificios axiales de diámetro superior al espesor de dicha corona (3), y dispuestos a una misma distancia del eje (1), siendo esta distancia menor que el radio del platillo (4); un cojinete axial (11), igualmente loco sobre el eje, con una pluralidad de orificios axiales de diámetro superior al espesor de dicho cojinete axial (11), y dispuestos a una misma distancia del eje (1); unas primeras bolas (5) con diámetro superior al espesor de la corona (3) e introducidas en los orificios de la corona (3) y unas segundas bolas (15) introducidas en los orificios del cojinete axial (11), y diámetro superior al espesor del cojinete axial (11); un primer disco de fricción (8), que gira solidariamente al eje (1), y con una superficie de fricción orientada hacia el cojinete axial (11) y en contacto con las segundas bolas (15) introducidas en dicho cojinete axial (11); y porque la llanta (2) gira loca sobre el eje y posee: una primera superficie (13) de fricción, plana y radial, orientada hacia la corona (3) y en contacto con las primeras bolas (5) introducidas en los orificios de la corona (3); y una segunda superficie (14) de fricción, plana y radial, orientada hacia el cojinete axial (11) y en contacto con las segundas bolas (15) introducidas en los orificios del cojinete axial (11).

Description

Engranaje con efecto diferencial.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un engranaje con efecto diferencial especialmente diseñado para ejes de tracción de coches de juguete, sobre todos los que circulan sobre superficies que disponen de guías ranuradas.

Estado de la técnica

El sector de la técnica al que pertenece la invención es el de transmisiones de potencia en coches de juguete a los ejes tractores de dichos coches, y el de dispositivos que aumentan la estabilidad de los coches.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un engranaje con efecto diferencial que ofrece ventajas en cuanto a la estabilidad del coche de juguete que lo monta.

Esta invención mejora sensiblemente la estabilidad en los coches al tomar las curvas, especialmente a los coches de juguete que circulan sobre pistas ranuradas que llevan un sistema de guiado y toma de corriente para el coche, y es para los que está diseñado especialmente, en especial sobre los ejes de ruedas tractoras del coche.

Cuando el coche toma una curva, las ruedas de un eje realizan recorridos diferentes, debiendo la rueda más alejada del centro de curvatura de la curva recorrer una distancia mayor que la rueda opuesta. Si ambas ruedas no giran a velocidades angulares diferentes, al menos una de las ruedas ha de deslizar disminuyendo la estabilidad del coche.

El engranaje de la invención aporta una solución a este problema haciendo que cada una de las ruedas del eje tractor del coche pueda girar a una velocidad angular diferente. Cada una de estas ruedas podrá girar a una velocidad diferente de la que aporta el motor del coche.

Para ello el engranaje de la invención dispone, en las cercanías de una llanta de rueda, y mencionados por orden según se aproxima al extremo del eje, en el que se sitúa un remate:

- Un platillo fijo solidariamente al eje para que gire con dicho eje, y que dispone de una cara de fricción dispuesta hacia el remate.

- Una corona dentada, que dispone de una pluralidad de orificios paralelos al eje, pasantes y de diámetro superior al espesor de la corona. Estos orificios se y sitúan según un círculo concéntrico con la corona. Este círculo concéntrico está situado de forma que el platillo cubra por completo los orificios.

- Unas primeras bolas esféricas introducidas en estos orificios de la corona, y que tienen un diámetro superior al espesor de la corona.

- Una llanta de rueda, que posee dos superficies de fricción. Una primera superficie plana, perpendicular al eje, que se orienta hacia la corona y entra en contacto con las primeras bolas introducidas en los orificios de la corona, y una segunda superficie, igualmente plana y perpendicular al eje, opuesta a la primera superficie.

- Un cojinete axial, de espesor menor que el diámetro de unas segundas bolas, que al igual que la corona posee una pluralidad de orificios de diámetro superior a su espesor, situados sobre un círculo centrado en el eje. En estos orificios se introducen las segundas bolas, que pueden o no ser de un tamaño parecido o idéntico a las primeras bolas situadas en los orificios de la corona.

- Un primer disco de fricción, situado entre el remate del eje y el cojinete axial, hacia el que orienta su superficie de fricción, la cual entra en contacto con las segundas bolas situadas en el cojinete axial. Este primer disco de fricción gira solidario con el eje.

Únicamente el platillo y el primer disco de fricción giran solidarios con el eje. Los demás elementos están locos.

Opcionalmente se pueden introducir elementos añadidos, por ejemplo cuando la llanta esté realizada en un material blando y no sea recomendable utilizar parte de ella como superficie de fricción.

Así se puede situar un segundo disco de fricción entre la corona y la primera superficie de la llanta, girando dicho segundo disco de fricción solidariamente con la llanta. Para realizar esta unión solidaria, una primera junta tórica se introduce entre la primer superficie de la llanta y el segundo disco de fricción.

Idénticamente, un tercer disco de fricción y una segunda junta tórica pueden situarse entre la segunda superficie de la llanta y el cojinete axial. Ambos elementos girarán solidarios con la llanta.

Finalmente, la llanta puede incluir un canal circular dispuesto en un plano transversal al eje, donde se situará una correa de una polea.

La disposición de los elementos de la invención asegura que la velocidad angular aportada por un motor del coche de juguete a la corona dentada, sea transmitida a ambas ruedas, tanto a una primera fija a la llanta incluida en la invención, como a una rueda opuesta situada en el mismo eje y fija a dicho eje.

Esta velocidad angular se transmite enteramente cuando el coche circula sobre una recta, pero al llegar a una curva actúa el mecanismo diferencial aumentando la estabilidad.

Este mecanismo funciona de la siguiente forma. En una curva la rueda que se sitúa en el interior recorre menos distancia que la opuesta. En el caso de girar ambas con la misma velocidad angular, se crearía un desfase en lo que avanza la rueda linealmente y lo que le correspondería por su velocidad angular.

Este desfase se corrige mediante deslizamientos de la rueda, en el caso de la rueda interior a la curva por giros sobre el mismo punto, mientras que en el caso de la rueda opuesta por avances lineales no correspondientes al giro de la rueda. Estos deslizamientos crean esfuerzos sobre las ruedas.

Cuando la rueda externa a la curva incorpora el engranaje de la invención, el esfuerzo que se aplica a la rueda hace que tienda a acelerar su velocidad angular al convertirse en un momento de giro (el brazo de dicho momento es el radio de la rueda).

Al subir la velocidad de giro de la rueda, y por lo tanto la llanta, las bolas que hacen contacto en la primera y segunda superficies de fricción, y que giran alrededor del eje a la velocidad angular inicial han de girar sobre sí mismas para no deslizar sobre las superficies de fricción. Este giro hace que los extremos opuestos, es decir, el platillo y el primer disco de fricción, frenen su propia velocidad angular de rotación sobre el eje y por lo tanto frenen la velocidad angular del eje. Dado que la rueda opuesta gira solidaria al eje, disminuye su velocidad como corresponde a los esfuerzos aplicados sobre ella por sus propios deslizamientos.

Al aumentar la velocidad de giro de la rueda externa y frenar la velocidad de giro de la rueda interna, se reducen los deslizamientos y se aumenta la estabilidad del coche.

En el caso de curvas en sentido opuesto, el funcionamiento es idéntico, pero cambiando la aceleración por frenado y viceversa.

Descripción de los dibujos

Para una mejor comprensión de la invención, se incluyen las siguientes figuras:

Figura 1: vista explosionada de una primera realización de la invención.

Figura 2: corte longitudinal del engranaje de la primera realización

Figura 3: vista explosionada de una segunda realización de la invención.

Figura 4: corte longitudinal de la segunda realización.

Figura 5: detalle de una primera bola en el momento de activación del diferencial.

Descripción de un modo de realización

A continuación se pasa a describir de manera breve un modo de realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta.

Cuando el coche toma una curva, el engranaje de la invención asegura que la rueda interna a la curva tenga una velocidad angular de giro más reducida, y la rueda externa una velocidad angular mayor, evitando en consecuencia que alguna de las ruedas deslice.

En las Figuras 1 y 2 se muestra una primera realización de la invención. Un eje (1) de tracción del coche, que puede ser el trasero o el delantero, dispone de una rueda (no representada) en cada extremo. Cada una de estas ruedas está montada sobre una llanta (2).

Un platillo (4) se fija solidariamente al eje (1), para que gire siempre a la misma velocidad que el eje (1). El platillo (4) tiene una primera cara plana transversal al eje (1) que realiza las funciones de superficie de fricción.

A continuación de la primera cara del platillo (4) se dispone una corona (3) dentada, en la que se ha realizado una serie de orificios pasantes y paralelos al eje (1), dispuestos alrededor de dicho eje (1) a una distancia fija. Esta distancia fija es menor que el radio del platillo (4). Esta corona (3) no gira solidariamente con el eje, sino que gira loca.

En los orificios de la corona (3) se introducen unas primeras bolas (5) esféricas, de un material resistente como puede ser el acero, de forma que sobresalga axialmente por ambos lados de la corona (3). Para ello los orificios de la corona (3) han de poseer un diámetro superior al espesor de la corona (3). El espesor de la corona (3) en la zona dentada puede ser mayor, siempre que dicha zona dentada esté a una distancia del eje (1) mayor que el radio del platillo (4).

El siguiente elemento dispuesto en el eje (1) es la llanta (2) de la rueda, que tampoco gira solidariamente con el eje (1). Esta llanta (2) tiene una primera superficie (13) plana radial, que entra en contacto con las primeras bolas (5) de la corona (3). La primera superficie (13) de la llanta (2) es, al igual que la primera cara del platillo (4), una superficie de fricción.

La llanta (2) dispone de una segunda superficie (14) plana radial, opuesta a la primera superficie (13), que igualmente ejerce la función de superficie de fricción.

A continuación de la segunda superficie (14) de la llanta (2), se sitúa un cojinete axial (11), que posee una serie de orificios semejantes a los de la corona (3), en los que se introducen unas segundas bolas (15). El espesor del cojinete axial (11) será inferior al diámetro de las segundas bolas (15). Este cojinete axial (11) gira loco alrededor del eje (1).

Al otro lado del cojinete axial (11), se sitúa un primer disco de fricción (8), que gira solidariamente con el eje (1), y cuya superficie de fricción está orientada hacia el cojinete axial (11), entrando en contacto con las segundas bolas (15). De esta forma el contacto entre la llanta (2) y el primer disco de fricción (8) se realiza a través de las segundas bolas (15).

Finalmente se coloca un remate (12) del eje (1), como puede ser una tuerca, para evitar que los elementos se salgan de sus posiciones y también para regular la presión entre los platillos.

Según modos de realización diferentes es posible insertar otras piezas entre algunos de los elementos de la invención.

Así, por ejemplo, es posible introducir un segundo disco de fricción (6) entre la corona (3) y la llanta (2), haciendo que la primera superficie de dicha llanta (2) no tenga que ejercer de superficie de fricción, por ejemplo por estar realizada la llanta (2) en un material blando como aluminio, nylon,... Para ello ha de asegurarse que dicho segundo disco de fricción (6) gira solidariamente con la llanta (2).

Para absorber las vibraciones producidas durante el funcionamiento, y para evitar posibles pérdidas de tracción por culpa de deslizamientos no deseados entre el segundo disco de fricción (6) y la llanta (2), se instala una primera junta tórica (9) de material elástico.

Igualmente, según otro modo de realización, es posible hacer que la segunda superficie de la llanta (2) no ejerza funciones de superficie de fricción insertando entre el cojinete axial (11) y la llanta (2) un tercer disco de fricción (7), y entre dicho tercer disco de fricción (7) y la llanta (2) una segunda junta tórica (10).

La llanta (2) puede, según un modo de realización, comprender un canal (16) en una superficie radial de la llanta (2) donde se puede instalar una correa (no representada) de transmisión, haciendo que la llanta (2) realice funciones de polea.

Las Figuras 3 y 4 muestran un engranaje según la invención con el segundo y tercer disco de fricción (6, 7) y ambas juntas tóricas (9, 10).

El funcionamiento del engranaje diferencial de la invención es el siguiente.

La fuerza de tracción es transmitida al eje (1) a través de la corona (3). Mientras el coche avanza por una recta, todos los elementos de los trenes de ruedas giran solidariamente con la corona (3).

Sin embargo, al llegar a una curva, la rueda interna a la curva se encuentra girando a la velocidad angular que le transmite la corona (3). Esta velocidad angular no corresponde a la velocidad lineal a la que avanza y se producen deslizamientos en el contacto de la rueda con el suelo. En estos deslizamientos se produce una fuerza a la rueda que se trasmite a la llanta (2) frenando su velocidad angular. Esta disminución de velocidad angular se aplica también a ambas superficies (13, 14) de fricción de la llanta (2).

Por otro lado, la rueda externa a la curva sufre deslizamientos pero en este caso por ser su velocidad lineal superior a la velocidad angular. Estos deslizamientos provocan que la rueda externa acelere su velocidad angular.

Mediante el sistema de la invención, las superficies (13, 14) de la llanta (2) de la rueda interna giran a velocidad menor que las bolas (5, 15) por lo que dichas bolas (5, 15) empiezan a rodar, haciendo que el primer disco de fricción (8) por un lado, y el platillo (4) por el otro giren a una velocidad angular superior a la de la llanta (2) y, de manera ventajosa, también superior a la velocidad angular de la corona (3). Por su parte, el cojinete axial (11) gira a la misma velocidad que la corona (3).

Así, en la Figura 5 se muestra un detalle de una primera bola (5) en un corte paralelo al eje (1) y perpendicular a un radio de la corona (3). Se observa parte de la corona (3), de la primera superficie (13) y del platillo (4). En ella se ha representado la velocidad angular de giro (\omega_{b}) que se imprime a cada una de las primeras bolas (5) cuando la primera superficie (13) gira a una velocidad angular diferente que la corona (3) y por lo tanto a la altura de las primeras bolas (5) hay una primera diferencia de velocidades lineales (V_{1}) (tomando cada velocidad lineal igual a la velocidad angular de giro alrededor del eje (1) por el radio de giro V = \omega_{e}R).

Dado que la primera bola (5) ha de moverse a la misma velocidad que la corona (3), y que no hay deslizamientos en los contactos de la primera bola (5) con el platillo (4) ni la primera superficie (13) al ser ambas superficies de fricción, entre el platillo (4) y la corona (3) se crea una segunda diferencia de velocidades lineales (V_{2}) igual en valor absoluto a la primera diferencia de velocidades lineales (V_{1}) pero de sentido opuesto.

Dado que la corona (3) mantiene su velocidad angular, encontramos que por un lado la rueda interna gira a una velocidad angular menor que la corona (3), y por otro lado el eje (1) solidario al platillo (4) y al primer disco de fricción (8) gira a una velocidad angular mayor que la corona (3). Si la rueda externa se fija solidaria al eje (1), es posible alcanzar un punto de equilibrio en que las velocidades angulares de ambas ruedas corresponden a sus velocidades lineales, y a su vez la velocidad angular de la corona (3) se
mantiene.

En el caso de ser la rueda externa quien disponga del engranaje de la invención, el funcionamiento del engranaje es idéntico, aunque cambiando el signo de las diferencias de velocidad angular (todo lo que se frenaba, pasa a acelerarse y viceversa).

Es posible disponer bolas (5, 15) de diferentes tamaños en la corona (3) y en el cojinete axial (11), para lo que se debe realizar la serie de orificios con un radio diferente en cada elemento. Dado que la llanta (2) se mueve a una velocidad fijada por un elemento externo, y tanto el platillo (4) como el primer disco de fricción (8) son solidarios al eje, todas las diferencias de velocidades lineales (V_{1}, V_{2}) serán iguales en ambos extremos y simplemente las bolas (5, 15) girarán sobre si mismas a velocidades inversamente proporcionales a su radio.

Es igualmente posible situar los orificios de la corona (3) y del cojinete axial (11) a diferentes distancias del eje (1). En este caso las bolas (5, 15) más cercanas al eje (1) girarán sobre si mismas a velocidades menores.

Claims (5)

1. Engranaje con efecto diferencial, del tipo que se instala en trenes de ruedas tractoras de coches de juguete que funcionan guiados por las ranuras de una pista o superficie de juego, comprendiendo dichos trenes de ruedas un eje (1), una pluralidad de llantas (2) para las ruedas, y al menos un remate (12) del eje (1), caracterizado porque comprende:

un platillo (4) que gira solidariamente al eje (1), con una primera cara de fricción;

una corona (3) dentada, dispuesta loca sobre el eje y contigua a la primera cara de fricción del platillo (4), disponiendo la corona (3) de una pluralidad de orificios axiales de diámetro superior al espesor de dicha corona (3), y dispuestos a una misma distancia del eje (1), siendo esta distancia menor que el radio del platillo (4);

un cojinete axial (11), igualmente loco sobre el eje, con una pluralidad de orificios axiales de diámetro superior al espesor de dicho cojinete axial (11), y dispuestos a una misma distancia del eje (1);

unas primeras bolas (5) con diámetro superior al espesor de la corona (3) e introducidas en los orificios de la corona (3) y

unas segundas bolas (15) introducidas en los orificios del cojinete axial (11), y diámetro superior al espesor del cojinete axial (11);

un primer disco de fricción (8), que gira solidariamente al eje (1), y con una superficie de fricción orientada hacia el cojinete axial (11) y en contacto con las segundas bolas (15) introducidas en dicho cojinete axial (11);

y porque la llanta (2) gira loca sobre el eje y posee:

una primera superficie (13) de fricción, plana y radial, orientada hacia la corona (3) y en contacto con las primeras bolas (5) introducidas en los orificios de la corona (3); y

una segunda superficie (14) de fricción, plana y radial, orientada hacia el cojinete axial (11) y en contacto con las segundas bolas (15) introducidas en los orificios del cojinete axial (11).

2. Engranaje con efecto diferencial, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un segundo disco de fricción (6) entre la corona (3) y la primera superficie de la llanta (2), y una primera junta tórica (9) entre el segundo disco de fricción (6) y la llanta (2), girando el segundo disco de fricción (6) y la primera junta tórica (9) solidariamente con la llanta (2).

3. Engranaje con efecto diferencial, según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende un tercer disco de fricción (7) entre el cojinete axial (11) y la segunda superficie de la llanta (2), y una segunda junta tórica (10) entre el tercer disco de fricción (7) y la llanta (2), girando el tercer disco de fricción (7) y la segunda junta tórica (10) solidariamente con la llanta (2).

4. Engranaje con efecto diferencial, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la llanta (2) comprende un canal (16) circular en una superficie radial para el encaje de una correa de polea.

5. Engranaje con efecto diferencial, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las primeras y segundas bolas (5, 15) son idénticas y las distancias al eje (1) de los orificios presentes en la corona (3) y el cojinete axial (11) son igua-
les.