El transformador universal de par motor utiliza la idea de bloqueo variable a un rodamiento.

En este diseño en particular, los engranajes intermedios (1), de un rodamiento de engranajes, cuya misión es transmitir o no movimiento del eje primario (2), al secundario (3), ven limitado su giro libre por un tomillo sin-fin (4) cuyo giro controlamos externamente con un dinamotor. Así la conversión puede oscilar entre la transmisión de un enorme par motor a escasas revoluciones o incluso nulas (embragado) que corresponde al giro libre y una transmisión 1:1 sin reducción que corresponde al bloqueo, sin giro del sin-fin. La aplicación mas evidente es el sector de la automación, solucionando el problema de resbalamiento de los convertidores de par; su principal alternativa, y ofreciendo un rango de transformación enorme que lo capacitaria también para cualquier otra aplicación mecánica como por ejemplo maquinaria pesada o robótica

Transformador universal de par motor.

Sector de la técnica

Se encuadra en el sector de los cambios de marchas de automóviles.

Estado de la técnica

Actualmente la transformación de régimen y par motor que permita una variación de estos corre a cargo de los cambios de marchas manuales y automáticos de engranajes así como de los variadores continuos de velocidad mediante poleas o convertidores de par hidráulicos.

Problema técnico planteado

La tendencia natural en la evolución de los cambios de marchas es la de ofrecer cada vez más posibilidades de transformación de par y régimen. El poder acometer esta tarea sin que ello suponga un aumento lineal del tamaño y número de piezas del aparato en cuestión resulta fundamental. Paralelamente la mayoría de las máquinas ajenas al mundo de la automoción precisan una gran reducción de régimen de giro con el consiguiente gran aumento de par motor. Un cambio de marchas no se adecua a esa gran reducción, además de resultar demasiado grande y con un excesivo número de piezas de gran complejidad.

Explicación detallada

El Transformador universal de par motor se basa en la idea de aplicar la estructura de un solo tren epicicloidal o engranaje planetario, y no varios, a la regulación del régimen de giro y par. Así un engranaje planetario en función de los límites que se pongan a su giro libre oscilará entre permitir un elevado régimen de giro en el eje planeta o primario, transmitiendo un escaso o nulo movimiento a la corona o secundario, a transmitir en su totalidad el giro a la corona si se imposibilita el giro libre de los engranajes satélites intermedios. Una de las posibles formas de llevar a cabo ese bloqueo variable consiste en la realización de un tren epicicloidal. La tendencia natural al giro libre de los engranajes satélites en tomo a su propio eje cuando gira el engranaje planeta o primario se vera limitado por un tornillo sin-fin engranado a estos. A su vez el sin-fin es abrazado por una pieza solidaria a los ejes de los engranajes satélites, de forma que el sin-fin permanece firmemente engranado a los satélites, por lo que el tren de satélites y los tornillos sin-fin giran engranados y en bloque en tomo al eje planeta sujetos por dicha pieza. Tanto los brazos de la pieza que rodea el sin-fin como los ejes de los engranajes satélites tienen en su interior bolas de rodamiento que permiten el giro en tomo a su propio eje de planeta y sin fin fuertemente engranados. La parte mas externa del sin-fin está fresada como una rueda dentada con dientes rectos longitudinales, estos engranan con una pieza circular en forma de arandela plana fresada con dientes rectos radiales en una de sus caras. El efecto de este engranaje es tal, que cuando el engranaje en forma de arandela está en reposo y el bloque de satélites, tornillos sin-fin y pieza que los une gira forzado por el giro del eje motor planeta, la arandela provoca un giro de los sin-fin a revoluciones suficientes como para igualar en los satélites el régimen de giro del engranaje planeta o primario pero en sentido contrario, lo que significa en la practica permitir el giro libre de los engranajes satélites intermedios; equivalente a posición "embragado" de un cambio de marchas convencional. Si aceleramos el engranaje en forma de arandela mediante un motor eléctrico de control iremos reduciendo progresivamente las revoluciones del sin-fin en tomo a su propio eje. Al irnos acercando al régimen de giro del bloque sin-fin unido a satélites, se irá limitando el giro libre de los engranajes satélites intermedios, transmitiéndose cada vez mas régimen de giro del planeta a la corona, cuando las revoluciones del engranaje en forma de arandela igualen el régimen de giro del eje motor planeta; la arandela y el bloque sin-fin/satélites irán a la misma velocidad, el sin-fin permanecerá quieto en tomo a su propio eje, por lo que los engranajes satélites intermedios también lo estarán y el conjunto girará en bloque transmitiendo así completamente el giro del engranaje planetario primario a la corona o secundario sin reducción alguna, el equivalente a la posición "directa" en un cambio de marchas convencional. Hay que destacar que este proceso se realizará a favor de resistencia, puesto que la tendencia natural del sin-fin en esta disposición es a permanecer quieto, si no se le obliga a girar mediante la pieza en forma de arandela.

Descripción de las figuras

Figura 1 el eje motor es solidario a un engranaje planeta o primario (1) que transmite su movimiento a un engranaje corona o secundario (2) concéntrico a este, a través de unos engranajes satélites intermedios (3) cuyos ejes tienen rodamientos de bolas (4). El giro libre de estos en torno a su propio eje está limitado por un tornillo sin-fin (5) con dos rodamientos de bolas en el centro (6) cuya parte más externa esta frenada como un engranaje con dientes rectos longitudinales (7). Figura 2 los satélites (3) sobresalen un poco para permitir la unión con el sin-fin sin que roce la corona. Figura 3 los dientes rectos del extremo del sin-fin engranan con un pieza en forma de arandela (8). Los tornillos sin-fin se sujetan firmemente a los satélites mediante una pieza que los abraza (9) en la zona de los dos rodamientos de bolas circulares (16). A su vez, esta pieza está soldada a los tres ejes (4) con rodamientos de los engranajes intermedios con lo que la pieza los satélites y tornillos sin-fin forman un solo bloque. Figura 4 detalle de la parte mas externa del engranaje en forma de arandela (8) cuyo giro controlamos externamente mediante un motor eléctrico que engrana por rueda dentada (10) solo en la parte externa de la arandela de forma que no roce con (7) que engrana en la parte interna, según aceleremos la arandela para igualar con el régimen de giro del planeta se ira frenando el giro de los sin-fin con lo que los planetas se bloquearán progresivamente hasta quedar quietos en torno a su propio eje, obligando a la corona a girar a las mismas revoluciones que el planeta.

Modo de realización

Las piezas son: Un engranaje planeta que se unirá a la fuente motriz tallado con dientes oblicuos; tres planetas también tallados con dientes oblicuos de forma que ajusten con; los dientes espirales de tres tornillos sin-fin con una parte central con nichos para rodamientos de bolas y una parte externa fresada con dientes rectos longitudinales; una pieza que abraza a los sin-fin por su parte central con rodamientos de bolas y se suelda a los tres ejes con rodamientos de los satélites; una pieza en forma de arandela fresada en una cara con dientes radiales. En este ejemplo concreto el engranaje motor central planeta esta girando y transmitiendo su giro a los tres engranajes satélites, estos forman un solo bloque que gira unido con los tres tornillos sin-fin y la pieza de forma triangular con brazos en los vértices que une los sin-fin con los ejes de los satélites. Pese a que la pieza permite el giro entorno a sus propios ejes de planetas y sin-fin, la tendencia natural de esta disposición es que el planeta esté bloqueado transmitiendo la totalidad del giro a la corona rotando así en bloque todas las piezas del diseño, pues un planeta no puede forzar a girar a sin-fin, mientras que este al planeta, sí. No obstante si controlamos externamente el giro de un engranaje en forma de arandela con dientes radiales que ajusta convenientemente con los dientes longitudinales fresados en la parte más externa de los tres tornillos sin-fin podremos sin esfuerzo controlar el giro de los sin-fin que a su vez permitirán progresivamente el desbloqueo de los tres satélites. Conforme los tres satélites se desbloquean van girando en torno a su propio eje, pero en sentido contrario al giro del planeta motor central. El bloque 3satélites-3sin-fin y pieza que los une gira en mismo sentido que el planeta, pero cada vez lo hace más lentamente, pues estamos permitiendo cada vez más giro en torno a su propio eje de los tres satélites al forzar el giro del sin-fin. Cuantas más revoluciones gire el sin-fin mas giro libre en sentido contrario permitirá a los planetas, más lentamente girará el bloque 3planetas- 3sin-fin y pieza que los une, transmitiendo menos revoluciones a la corona aunque con mayor par motor. El conjunto de piezas es abundantemente lubricado a presión pues el engranaje sin-fin/satélite presenta elevado rozamiento.

Aplicación industrial

Como cambio de marchas en el sector de la automoción, como trasformador variable de par en maquinaria pesada o robótica.

1. Mecanismo destinado a la transformación de régimen y par motor de una forma gradual sin necesidad de interrumpir en ningún momento la fuente motriz caracterizado por la utilización de un engranaje planetario o tren epicicloidal en el que se limita de forma variable el giro libre de sus engranajes intermedios mediante un engranaje espiral engranado a estos cuyo giro regulamos externamente forzando así la transformación de par y régimen de giro. En este diseño particular se utilizan unos elementos que comprenden un engranaje planetario: compuesto de planeta (1), corona (2) y tres satélites (3). Además de tres tornillos sin-fin (5) ajustados a los satélites mediante una pieza (9) que los une, y una arandela (8) engranada a los sin-fin. Los tres engranajes satélites ven limitada su tendencia natural al giro libre mediante tres tornillos sin-fin solidarios, fuertemente engranados a los satélites por sus dientes espirales. Los tres sin-fin son abrazados en su parte central por una pieza (9) que los mantiene fuertemente unidos a los satélites aunque permite el giro de ambos. Controlamos el giro de los sin-fin en torno a su propio eje mediante una pieza en forma de arandela (8) fresada con dientes radiales que engrana con los dientes longitudinales fresados en la parte mas externa del sin-fin permitiendo o bloqueando el giro de los satélites en torno a su propio eje según gire o no el sin-fin en tomo a su propio eje, con lo que varia de forma gradual la transmisión de par y régimen de giro entre el planeta y la corona. Desde gran par motor con escasas revoluciones a altas revoluciones con bajo par motor; se consigue el control externo mediante un motor eléctrico que rige el giro en torno a su propio eje de la pieza en forma de arandela con dientes radiales, que a su vez engrana con el sin-fin fuertemente engranado a los planetas.