CAJA DE CAMBIOS CON TETONES DE EXPULSIÓN AUTOMÁTICA CON DERIVACIÓN DE PAR POR UNA MARCHA SUPERIOR Y PROCEDIMIENTO DE CAMBIO DE MARCHA ASOCIADO.

Caja de cambios con tetones de expulsión automática con derivación de par por una marcha superior y procedimiento de cambio de marcha asociado El invento se refiere a una caja de cambios con tetones de expulsión automática con derivación de par por una relación o marcha superior y a un procedimiento de cambio de relación que emplea esta caja de cambios. El invento tiene en particular como propósito mejorar las sensaciones de los cambios de relaciones de una caja de cambios evitando las roturas de par. El invento encuentra una aplicación particularmente ventajosa en el dominio de las cajas de cambios manuales pilotadas (BVMP) para vehículo automóvil. Sin embargo, el invento puede igualmente ser empleado con los vehículos de dos ruedas motorizados. Los vehículos conocidos incluyen una cadena de tracción formada por un dispositivo de propulsión (formado por un motor térmico y/o una máquina eléctrica), un embrague, y una caja de cambios que arrastra las ruedas del vehículo. El embrague está unido por una parte al dispositivo de propulsión y por otra parte a la caja de cambios, unida a su vez a las ruedas. Más precisamente, la caja de cambios incluye un árbol primario unido al embrague y un árbol secundario unido a las ruedas del vehículo, estando unidos estos dos árboles entre sí por medio de engranajes que forman las relaciones de velocidad. Cada engranaje incluye una rueda unida en rotación a uno de los árboles y un piñón loco montado sobre el otro árbol. Unos manguitos de engrane son utilizados para unir selectivamente los piñones locos al árbol sobre el que están montados a fin de asegurar un cambio de marcha. A este efecto, el manguito está unido en rotación a su árbol pero es móvil axialmente para permitir el enganche con el piñón loco. Se habla de engrane cuando el manguito entra en cooperación con el piñón loco, de manera que una relación de velocidad resulta engranada, y de desengrane cuando el manguito se libera del piñón loco de manera que la relación resulta liberada. Una caja de cambios con tetones clásicos, presenta varios inconvenientes principales: - choques generados por la igualación instantánea de las velocidades de rotación (contrariamente a un sincronizador), - una holgura importante de nuevo acoplamiento (la holgura de nuevo acoplamiento es la holgura angular existente, con la relación engranada, entre el piñón loco y el manguito): esta holgura importante es fuente de incomodidad cuando el par transmitido cambia de signo pasando de motor que conduce a motor conducido, por ejemplo en una situación de seguimiento de una cola sobre una autopista, y - una rotura de par durante el cambio de relación. ES 2 367 599 T3 Ciertas cajas de cambios conocidas (las más extendidas) incluyen además sincronizadores que tienen por misión llevar la corona dentada y el piñón loco a engranar a velocidades de rotación casi idénticas antes de realizar el engrane. Sin embargo, tales cajas de cambios no permiten transmitir par a las ruedas durante los cambios de marcha. Otras cajas de cambios remedian el problema de la rotura de par durante el cambio de marcha por el principio de la derivación de par. Es el caso en particular de una caja tal como se ha descrito en el documento EP-A-0.367.020, que divulga todas las características del preámbulo de la reivindicación 1. Ciertas cajas de cambios emplean finalmente tetones de expulsión automática, tal como se ha divulgado en el documento US 4.096.932. El invento se propone resolver por una parte el problema de rotura de par durante el cambio de relación, y por otra parte el problema de choque generado por la igualación instantánea de las velocidades de rotación. Con este fin, el invento emplea tetones de expulsión automática, mientras que un órgano capaz de igualar las velocidades de rotación de los árboles por frotamiento está posicionado sobre la relación final de desmultiplicación (la 6ª en una caja de cambios de seis relaciones) o sobre una relación intermedia. El órgano de frotamiento asegura una derivación de par que permite, además de transmitir un par durante el cambio de relación, suprimir el choque inherente a la utilización de tetones como fuente de molestias conservando al mismo tiempo la arquitectura tradicional. 2 ES 2 367 599 T3 Así, durante un paso de una relación N hacia N+1, el órgano de frotamiento transmite progresivamente par por deslizamiento (se utiliza el hecho de que el árbol primario unido al motor evoluciona a una velocidad de rotación más importante que el del piñón motor de la relación final) hasta provocar la caída del régimen de árbol primario. Esta caída de régimen permite que la relación N sea automáticamente liberada de manera mecánica por la definición geométrica específica de los tetones de expulsión automática y engranar la relación N+1 mientras el par es transmitido por la relación final. Una vez que se ha engranado la relación N+1, el órgano de frotamiento es progresivamente desactivado y el par es íntegramente transmitido por la relación N+1. Si se hubieran utilizado tetones clásicos con el órgano de frotamiento, sería muy difícil liberar la relación N una vez que la rotura del contacto entre las caras de tracción de anti-aflojado (que aseguran la transmisión del par cuando un par positivo es trasmitido del motor hacia la ruedas) es detectada. En efecto, el riesgo es no liberar de una manera suficientemente rápida la relación N y provocar un bloqueo cinemático de la caja de cambios por contacto entre las caras retro de anti-aflojado que aseguran la transmisión del par cuando un par positivo es trasmitido de las ruedas hacia el motor. El riesgo identificado es considerable ya que la holgura de nuevo acoplamiento es mínima (tanto más cuando se utilizan tetones de dos escalones que presentan la particularidad de presentar una holgura angular reducida con la relación engranada). Es por ello por lo que en el invento los tetones clásicos son reemplazados por unos tetones de expulsión automática que permiten engranar la relación siguiente N+1 mientras la relación N está aún engranada. Esta tecnología utiliza el principio de la expulsión automática de los tetones N cuando los tetones N+1 están engranados, por la aparición de un diferencial negativo de los regímenes de rotación entre los tetones N y el piñón N debido a la propia arquitectura de las cajas tradicionales. A este efecto, los ángulos de los dientes de los piñones locos están ligeramente biselados. En resumen, el invento presenta las siguientes ventajas: - el órgano de frotamiento asociado a la relación superior permite transmitir par durante el cambio de relación, resolviendo así el principal inconveniente de la caja de cambios con sincronizadores, - al transmitir par, el órgano de frotamiento permite igualar las velocidades de rotaciones del árbol y del piñón a acoplar eliminando el choque característico de una caja de cambios con tetones clásicos, - igualando las velocidades de rotación antes del engrane, el invento permite también limitar al máximo los choques de los tetones de expulsión automática, y - gracias a la utilización de perfiles de expulsión automática, el invento permite eliminar el riesgo inherente a la asociación de una caja de cambios con tetones con la derivación de par sobre la relación más elevada, a saber el riesgo de bloqueo cinemático. El invento se refiere por tanto a una caja de cambios de tipo manual pilotada conforme al objeto de la reivindicación 1. Según una realización, el órgano de frotamiento está asociado a la relación mayor de la caja de cambios. Según una realización, los piñones locos están reunidos por pares con un solo manguito de engrane de expulsión automática por par, aplicándose el manguito de engrane de un par a uno de los dos piñones locos por desplazamiento en una dirección y al otro piñón loco por desplazamiento en la otra dirección, estando montados estos pares de piñones locos bien sobre el árbol primario o bien sobre el árbol secundario. Según una realización, los pares de piñones locos están dispuestos de tal manera que permiten engranar dos relaciones numéricamente sucesivas con manguitos de engrane diferentes, en particular en una configuración de relación 1-4, 2-5, 3-6 o 1-3, 4-6, 2-5. Según una realización, la combinación de los piñones es tal que permite tener un movimiento de los accionadores que pilotan los tetones en un mismo sentido para un paso de relaciones de velocidad sucesivas. Según una realización, los manguitos de engrane de expulsión automática son asociados a una etapa de bloqueo por el lado de los piñones locos asegurando el bloqueo de la relación de velocidad engranada. Según una realización la caja de cambios incluye seis relaciones de velocidades, estando asociado el órgano de frotamiento a la relación de 3ª a... [Seguir leyendo]

1.- Una caja de cambios (4) de tipo manual pilotada (BVMP) que incluye: un árbol primario (7) destinado a ser unido a un motor térmico (2), y un árbol secundario (8) destinado a ser unido a las ruedas (5) del vehículo, estando unidos estos dos árboles entre si por medio de engranajes que forman las relaciones de velocidad, estos engranajes incluyen cada uno una rueda (10-12, 21, 22) solidaria en rotación de uno de los árboles y un piñón loco (15-17, 23, 24) montado sobre el otro árbol que engranan entre sí, y unos manguitos de engrane (27-29) asociables cada uno a dos piñones locos provistos igualmente de tetones (40), asegurando estos manguitos de engrane (27-29) el cambio de las relaciones de velocidad, un órgano de frotamiento (31) asociado a una relación de desmultiplicación, transmitiendo este órgano de frotamiento (31) par de manera temporal durante cambios de relaciones mediante esta relación de desmultiplicación, caracterizada porque: los tetones (39) de los manguitos (27-29) y de los piñones locos (15-17, 23, 24) son de expulsión automática, presentando los tetones de expulsión automática (40) de los piñones locos (15-17, 23, 24) una rampa (43) sobre su flanco retro (40.2) y permitiendo engranar la relación final (N+1) mientras la relación inicial (N) está aún engranada, sin rotura de par. 2.- Una caja de cambios según la reivindicación 1, caracterizada porque: el órgano de frotamiento (31) está asociado a la mayor relación de la caja de cambios. 3.- Una caja de cambios según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque: los piñones locos (15-17, 23, 24) son reunidos por pares con un solo manguito de engrane (27-29) de expulsión automática por par, engranando el manguito de engrane de un par con uno de los piñones locos por desplazamiento en una dirección y con el otro piñón loco por desplazamiento en la otra dirección, estando montados estos pares de piñones locos (15-17, 23, 24) bien sobre el árbol primario (7) o bien sobre el árbol secundario (8). 4.- Una caja de cambios según la reivindicación 3, caracterizada porque: los piñones locos están dispuestos de tal manera, que permiten engranar dos relaciones numéricamente sucesivas con manguitos de engrane diferentes, en particular en una configuración de relación (1-4; 2-5; 3-6) o (1-3; 4-6; 2-5). 5.- Una caja de cambios según la reivindicación 3 ó 4, caracterizada porque: la combinación de los piñones es tal que permite tener un movimiento de los accionadores que pilotan los tetones en un mismo sentido para un paso de relaciones de velocidad sucesivas. 6.- Una caja de cambios según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque: los manguitos de engrane (27-29) de expulsión automática son asociados a un escalón (45) de bloqueo por el lado de los piñones locos asegurando el bloqueo de la relación de velocidad engranada. 7.- Una caja de cambios según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque incluye seis relaciones de velocidad, estando asociado el órgano de frotamiento (31) a la relación de 3ª a 6ª. 8.- Una caja de cambios según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el órgano de frotamiento (31) es un sincronizador clásico de gran capacidad energética, o un embrague de tipo multidisco húmedo, o un embrague seco. 9.- Una caja de cambios según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el órgano de frotamiento (31) está reemplazado por una relación de desmultiplicación suplementaria, o intermedia, que no sirve más que para el paso de par temporal durante el cambio de relación y la igualación de los regímenes de los elementos a engranar durante el cambio de velocidad. 10.- Una caja de cambios según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el árbol primario (7) es un árbol simple, no concéntrico. 11.- Una caja de cambios según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque incluye un segundo árbol secundario. 12.- Un procedimiento de cambio de relación de velocidades ascendente con par positivo para pasar de una relación inicial a una relación final, empleando este procedimiento la caja de cambios (4) definida según una de las reivindicaciones 1 a 11 e incluyendo las operaciones siguientes: abrir el embrague (3) de manera que le ponga al límite del par proporcionado por el motor térmico (2), posicionar el tetón (28) de la relación inicial en posición de expulsión automática (posición d), accionar el órgano de frotamiento (31) de manera que reduzca progresivamente el par transmitido por la relación inicial hasta el par nulo de manera que lleven la rampa (43) del tetón (40) de los piñones locos (15-17, 23, 24) a contacto con el tetón (39) de los manguitos (27-29) de la relación inicial para que este tetón (28) se expulse mecánicamente, pilotar la disminución del régimen del árbol primario (7) hasta alcanzar sensiblemente el régimen de la relación final a engranar por acción sobre el órgano de frotamiento (31), engranar la relación final posicionando el ES 2 367 599 T3 manguito de engrane (27) de expulsión automática que le está asociado en posición de bloqueo (posición b), reducir progresivamente el par (Cderiv) transmitido por el órgano de frotamiento (31), de manera que todo el par sea transmitido a las ruedas (5) por la relación final, y cerrar progresivamente el embrague (3). 14.- Un procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque incluye la operación siguiente: utilizar el órgano de frotamiento (31) para posicionar el tetón (28) en posición de expulsión automática. 15.- Un procedimiento de cambio de relación de velocidades descendente con par positivo para pasar de una relación inicial a una relación final, empleando este procedimiento la caja de cambios (4) según una de las reivindicaciones 1 a 12 e incluyendo las operaciones siguientes: abrir el embrague (3) de manera que le ponga al límite del par proporcionado por el motor térmico (2), posicionar el tetón de la relación inicial en posición de expulsión automática (posición d), accionar el órgano de frotamiento (31) de manera que reduzca progresivamente el par transmitido por la relación inicial hasta el par nulo de manera que lleve la rampa (43) del tetón (40) de los piñones locos (15-17, 23, 24) a contacto con el tetón (39) de los manguitos (27-29) de la relación inicial para que este tetón se expulse mecánicamente, disminuir el régimen del árbol primario (7) de manera que asegure que el tetón de la relación inicial es expulsado, acelerar el motor térmico (2) de manera que le haga alcanzar el régimen objetivo de la relación final a engranar, pilotar el régimen del árbol primario (7) hasta alcanzar sensiblemente el régimen de la relación final a engranar por acción sobre el órgano de frotamiento (31), engranar la relación final posicionando el tetón (27) de expulsión automática que le está asociado en posición de bloqueo (posición b), reducir progresivamente el par transmitido por el órgano de frotamiento (31), de manera que todo el par sea transmitido a las ruedas por el tetón engranado, y cerrar progresivamente el embrague (3). 16.- Un procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque incluye la operación siguiente: utilizar el órgano de frotamiento (31) para posicionar el tetón (28) en posición de expulsión automática. 17.- Un procedimiento según la reivindicación 15 o 16, caracterizado porque la aceleración del motor térmico (2) es efectuada antes de posicionar el tetón de la relación inicial en posición de expulsión automática, de manera que limite la energía a pasar al órgano de frotamiento (31). 18.- Un procedimiento de cambio de relación ascendente o descendente de par negativo para pasar de una relación inicial a una relación final, empleando este procedimiento la caja de cambios (4) definida según una de las reivindicaciones 1 a 12 y que incluye las operaciones siguientes: abrir completamente el embrague (3), liberar la relación inicial, pilotar el régimen del árbol primario (7) mediante la apertura parcial del órgano de frotamiento (31), engranar la relación final, y cerrar el embrague (3). 19.- Utilización de la caja de cambios (4) según una de las reivindicaciones 1 a 12, en la que se decelera el árbol primario (7) antes de engranar la marcha atrás por acción del órgano de frotamiento (31) antes de su engrane. 11 ES 2 367 599 T3 12 ES 2 367 599 T3 13 ES 2 367 599 T3 14 ES 2 367 599 T3