ES2232076T3 - Correa de transmision y transmision en la que es empleada. - Google Patents

Abstract

Una correa de transmisión (7) para una transmisión variable continua (1) para vehículos de motor, que comprende una serie de bandas sinfín apiladas radialmente, que forman un anillo laminado (16), soportado de forma deslizable por una serie de elementos transversales (15) estando, las bandas, provistas en dos anillos laminados (16) que están espaciados mutuamente de forma axial, teniendo cada uno de los elementos (15) dos caras principales (17), con una orientación sustancialmente transversal respecto de la dirección longitudinal de la correa de transmisión (7), las caras principales (17) de los elementos transversales (15) tienen una sección sustancialmente trapezoidal y teniendo, los elementos transversales (15), una anchura B y un peso específico p, caracterizada porque el mencionado número de bandas sinfín, apiladas radialmente en un anillo laminado (16), es 14 ó 15, y los parámetros de anchura B y peso específico p, satisfacen la ecuación: B2 - pi = 9 [kg/m]

Description

Correa de transmisión, y transmisión en la que es empleada.

Esta invención se refiere a una correa de transmisión acorde con el preámbulo de la reivindicación 1. En general se conoce tal correa de transmisión, por ejemplo de la publicación EP-A-0 522 612, y es particularmente adecuada para su aplicación en una transmisión variable continua, o CVT, para vehículos de motor.

La correa de transmisión conocida es adecuada para su aplicación en una CVT, del tipo proporcionado con una polea variable primaria provista en un eje primario, y una polea variable secundaria provista en un eje secundario. Se hace girar a la correa de transmisión alrededor de las mencionadas poleas, para transmitir par motor entre estas. Cada una de las poleas variables comprende dos discos cónicos, de los cuales por lo menos uno puede moverse axialmente respecto al otro para, por una parte, variar un radio de movimiento de la correa de transmisión entre los discos de una polea y, por otra parte, aplicar una fuerza de apretamiento a la correa de transmisión. La cantidad de fuerza de apretamiento aplicada a la correa de transmisión, determina la cantidad de par motor que puede ser transmitido entre los mencionados ejes sin que se produzca deslizamiento entre la correa de transmisión y la polea. La máxima cantidad de fuerza de apretamiento que puede ser aplicada, se determina mediante la capacidad de transmisión de par motor de la correa de transmisión, es decir la cantidad máxima de par motor con la que se permite cargar a la correa de transmisión. Si se sobrepasa la capacidad de transmisión de par motor de la correa de transmisión, el ciclo de vida de la correa de transmisión puede disminuir significativamente, y la correa de transmisión puede fallar prematuramente.

La correa de transmisión conocida comprende, por lo menos, una banda continua, es decir circular, soportada de forma deslizable por un número de elementos transversales. Los elementos transversales tienen unas caras principales delantera y trasera, separadas por caras laterales sobre el grosor de los elementos transversales. Una sección de cada cara principal es de perfil trapezoidal, siendo la cara más ancha del trapezoide también de la anchura de los elementos transversales. Dos caras de la mencionada sección están inclinadas, y están orientadas mútuamente a cierto ángulo, el llamado ángulo de la correa. Las caras laterales del elemento transversal que se une a la mencionada sección son adecuadas, y están diseñadas, para cooperar con los discos de polea cónicos. Usualmente, los elementos transversales están también provistos con, por lo menos, una parte de soporte, que se conecta a la parte de carga del elemento transversal para formar un espacio, por lo menos parcialmente, cerrado que aloja la banda continua.

Durante el funcionamiento de la correa de transmisión, el disco de polea aplica la fuerza de apretamiento a las caras laterales de los elementos transversales, en la ubicación de la sección trapezoidal. En combinación con la forma cónica de los discos de la polea, las fuerzas de presión aplicadas por la polea primaria y la polea secundaria, impulsan a los elementos transversales radialmente hacia fuera, tensando de ese modo la banda continua. La capacidad de transmisión de par motor de la correa de transmisión, está relacionada con el nivel de tensión máximo permisible en la banda continua, y por lo tanto es proporcional al área superficial de una sección transversal de la banda continua, transversal a la dirección longitudinal de la correa de transmisión.

Un medida conocida, para incrementar la capacidad de transmisión de par motor de la correa de transmisión es, por lo tanto, incrementar la mencionada área superficial, incrementado para ello el grosor radial de la banda continua. Sin embargo, para mantener la flexibilidad y resistencia a la fatiga, requeridas por la correa de transmisión, el grosor radial de la banda continua está limitado. Por lo tanto, la correa de transmisión se proporciona usualmente con una serie de bandas continuas, que se apilan radialmente una alrededor de la otra, formando un anillo laminado. A menudo se adopta dos de tales anillos laminados, en una sola correa de transmisión, espaciados axialmente.

Otra medida conocida para incrementar la capacidad de transmisión de par motor de una correa de transmisión, es adoptar un pequeño ángulo de contacto entre la correa de transmisión y los discos de la polea, como se describe en la aplicación de patente europea EP-A-0 798 492. Bajo la influencia de una fuerza de apretamiento dada, los elementos transversales son impulsados radialmente hacia fuera con una fuerza que es, esencialmente, dependiente de forma proporcional, del ángulo de contacto. Así, cuando se reduce el mencionado ángulo de contacto, la banda continua está menos tensada, a una fuerza de apretamiento dada. De hecho, esto supone que la fuerza de tensión permitida, y por tanto la capacidad de transmisión de par motor de la correa de transmisión, pueden ser incrementadas reduciendo el mencionado ángulo de contacto. Para la correa de transmisión, esto significa que el ángulo de la correa al que los dos lados inclinados de la sección trapezoidal están orientados mutuamente, ha de hacerse menor.

Otra medida más, conocida para incrementar la capacidad de transmisión de par motor de una correa de transmisión, es incrementar la anchura axial de la banda, o bandas, continuas. Al hacerlo, la dimensión axial, es decir la anchura, de los elementos transversales se incrementa correspondientemente, para soportar en grado suficiente la banda continua (o bandas). El artículo "Es CVT la transmisión para vehículos del futuro", publicado en noviembre de 1994 en la revista Mechanical Engineering, discute correas de transmisión con elementos transversales de acero de 24, 30 y 40 milímetros de ancho. Se ha fabricado tales correas de transmisión, con dos anillos laminados, formado cada uno por bandas continuas de 9, 10 o 12 hechas de aceros Maraging. A partir de este artículo, parece que incrementado la anchura de los elementos transversales, o incrementando el número de bandas continuas, puede incrementarse la capacidad de transmisión de par motor de la correa de transmisión.

Sin embargo, en la práctica parece que tales correas más anchas no tienen automáticamente por resultado una capacidad de transmisión de potencia, de la correa de transmisión, incrementada. Además, cambiar el ángulo de contacto tiene enormes implicaciones técnicas, así como costes elevados durante toda la cadena de la industria automovilística, puesto que supone cambios en el diseño de las poleas, el sistema de control de la transmisión, la bomba hidráulica, etc. y, por consiguiente, no deseados en cada caso. Cambiar el número de bandas continuas, a menudo no es algo preferido, por logística, fabricación, así como por razones de costes. El problema que subyace a la invención, abarca la cuestión de cómo influir sobre la capacidad de transmisión de par motor de la correa de transmisión, dentro de las limitaciones mencionadas.

Por lo tanto, la invención se ocupa de proporcionar una correa de transmisión dentro de las limitaciones mencionadas. La invención también tiene en cuenta el material del cual están hechos los elementos transversales. De acuerdo con la invención, la anchura de los elementos transversales, y por lo tanto la de la banda continua (o bandas), puede determinarse dependiendo de la masa específica de los elementos transversales, aplicando la ecuación acorde a la parte característica de la reivindicación 1. Además, la mencionada ecuación proporciona una forma simple de determinar el diseño de una correa de transmisión con, esencialmente, una capacidad de transmisión de par motor máxima, dentro de las limitaciones de un ángulo de contacto dado y un número dado de bandas continuas. La invención hace uso de la idea de que, durante el uso de la correa de transmisión, la tensión en la banda continua (o bandas) depende, no solo del área superficial de una sección transversal de la banda continua (o bandas), transversal a la dirección longitudinal del movimiento, sino también, en una medida considerable, del peso de un elemento transversal. La capacidad de transmisión de par motor de una correa de transmisión está limitada, y no se puede incrementar de forma significativa más allá de un cierto valor, mediante incrementos en la anchura de una banda continua y de los elementos transversales de soporte. De acuerdo con la invención se encontró, sorprendentemente, que la capacidad de transmisión de par motor de una correa de transmisión puede, en realidad, disminuir más allá de una cierta anchura de los elementos transversales. El concepto técnico que subyace a la reivindicación 1 es que, durante el funcionamiento de una transmisión variable continua, equipada con una correa de transmisión, se produce situaciones en las que la fuerza centrífuga que actúa sobre la correa de transmisión, es del mismo orden de magnitud que las fuerzas sobre la correa de transmisión debidas al par motor transmitido por la correa. Según la invención, esto tiene como resultado un límite superior en la anchura útil de los elementos transversales y, por lo tanto, de la banda continua (o bandas).

Esta idea puede entenderse del siguiente modo. La capacidad de transmisión de par motor de la correa de transmisión, es sustancialmente proporcional a la anchura de su banda continua (o bandas). Cuando se incrementa tal anchura, la anchura, es decir la dimensión axial, de los elementos transversales, tiene que incrementarse correspondientemente para ser capaz de soportar las bandas continuas. Puesto que los elementos transversales están sujetos, a la fuerza compresiva de apretamiento, entre los discos de polea, la altura y el grosor de los elementos transversales debe incrementarse en consonancia, para mantener la resistencia de los elementos transversales, y en concreto su resistencia contra en pandeo. Un incremento en el grosor de los elementos transversales, no incrementa la masa total de la correa de transmisión, puesto que esto solo supone que se necesita menos elementos transversales para constituir la correa de transmisión. Sin embargo, la masa de la correa de transmisión, y por lo tanto la fuerza centrífuga que actúa sobre la mencionada correa de transmisión, sigue siendo sustancialmente proporcional a la anchura, y la altura, de los elementos transversales. De lo anterior, se puede concluir que la capacidad de transmisión de par motor de la correa de transmisión, se incrementa de forma sustancialmente proporcional a la anchura de su banda continua (o bandas) y, por lo tanto, a la anchura de los elementos transversales, pero también disminuye sustancialmente de forma proporcional a la anchura, y la altura, de los elementos transversales, debido a la fuerza centrífuga. Como se ha mencionado antes, se asume que la altura se incrementa con la anchura, de forma que se puede asumir que la capacidad de transmisión de par motor, disminuye de forma sustancialmente proporcional al cuadrado de la anchura de los elementos transversales.

La invención sirve para una correa de transmisión esencialmente con capacidad de transmisión de par motor máxima. De acuerdo con la invención, una correa de transmisión semejante se caracteriza por elementos transversales que tienen una anchura B, que satisface la siguiente relación:

B^{2} \cdot \rho = 9,0 [kg/m]

De acuerdo con la invención, el número de bandas continuas que constituyen un anillo laminado, está también limitado. El mencionado número de bandas continuas, puede ser de 15 como mucho. Se ha encontrado que el incremento en la capacidad de transmisión de par motor, asociado con añadir una decimosexta banda continua, no supera los inconvenientes añadidos, tal como los costes de montaje adicionales, el peso y las pérdidas por fricción durante el funcionamiento.

De acuerdo con la invención se prefiere, además, adoptar elementos transversales en los cuales los dos lados inclinados de la sección trapezoidal, estén inclinados en un ángulo de la correa de más de 0,14 radianes, pero menos de 0,38 radianes, y que sea, preferentemente, igual a esencialmente 0,26 radianes. Cuando el mencionado ángulo de la correa es menor de 0,14 radianes, se hace casi imposible cambiar el radio de funcionamiento de la correa de transmisión y, por lo tanto, la razón de transmisión de la CVT, mientras que cuando el mencionado ángulo de la correa es mayor de 0,38 radianes, la tensión de las bandas continuas debida a la fuerza de apretamiento, se vuelve no eficiente debido a su incremento. Se ha encontrado que un valor de aproximadamente 0,26 radianes, es el óptimo entre los valores límite.

A continuación se ilustrará la invención, con referencia a los dibujos anexos.

La figura 1 muestra una representación esquemática, de una transmisión variable continua con una correa de transmisión y poleas;

la figura 2 muestra una vista de una sección transversal simplificada, de una transmisión variable continua;

la figura 3 muestra dos tipos de elementos transversales;

la figura 4 es un gráfico, de la dependencia de la capacidad de transmisión de par motor de la correa de transmisión, con la anchura de los elementos transversales; y

la figura 5 es una representación gráfica, de la ecuación acorde con la reivindicación 1.

En la figura 1 se da una representación esquemática, de una transmisión variable continua 1 localizada entre un motor M y una carga L, para variar una razón de velocidad y una razón de par motor entre la máquina M y la carga L. La transmisión comprende un eje primario 2 impulsado por la máquina M y un eje secundario 8 que impulsa la carga L. Se proporciona una polea primaria 2, 3 y 4, que comprende un disco fijo 3 y un disco móvil axial 4, en el eje primario 2. Una polea secundaria 8, 9 y 10, que comprende un disco fijo 9 y un disco móvil axial 10, en el eje secundario 8. El disco móvil 4 de la polea primaria 2, 3 y 4 se activa por medios de acción 5, 6 y 13, que determinan la presión en la cámara 5 en función de una serie de parámetros, como por ejemplo la depresión del pedal de acelerador \alpha, y la velocidad rotacional Ns del eje secundario 8. El disco móvil 10 de la polea secundaria 8, 9 y 10, está activado por medios de acción 11, 12 y 14, que determinan la presión en la cámara 11 en función de una serie de parámetros, como por ejemplo la abertura de mariposa p, la velocidad rotacional Nm del motor M, la velocidad rotacional Np del eje primario 2, y Ns. Se proporciona una correa de transmisión 7, alrededor de las mencionadas poleas 2, 3, 4, 8, 9, y 10, para transmitir par motor desde el eje primario 2 al eje secundario 8. La razón de presiones en las cámaras 5 y 11, determina la razón de transmisión, mientras que el nivel de las mencionadas presiones, determina la máxima cantidad de par motor que puede ser transmitido por la correa de transmisión 7, entre el motor M y la carga L.

En la figura 2 se muestra una vista en sección transversal, simplificada, de la transmisión variable continua 1. La correa de transmisión 7 se proporciona con una anillo laminado 16, formado por un número de bandas continuas y con elementos transversales 15, de los que se muestra algunos. La flecha marcada con Rs denota el radio de movimiento de la correa de transmisión 7, en la polea secundaria 8, 9 y 10, y la flecha marcada con Rp denota el radio de movimiento en la polea primaria 2, 3 y 4. La razón entre las longitudes de las mencionadas flechas Rs y Rp, es una medida de la razón de transmisión de la transmisión variable continua 1.

En la figura 3 se muestra dos tipos de elementos transversales 15. Las caras delanteras principales 17 de los elementos transversales 15, tienen una sección de perfil trapezoidal, cuyos lados superiores e inferiores están denotados por líneas punteadas 19. La sección tiene una anchura B y una altura H. Los dos lados inclinados 18 del trapezoide, están orientados con el ángulo de la correa. Se diseña y elige caras laterales (no mostradas) de un elemento transversal, junto a la cara principal 17 y a una cara principal posterior (no mostrada), para la cooperación los discos de polea 3, 4, 9 y 10, por lo menos en una ubicación junto a la sección trapezoidal. También se muestra los anillos laminados 16. Los elementos transversales 15 están, además, provistos con una parte de cabeza 20 y/o parte de soporte (o partes) 21, para la contención de los anillos laminados 16.

En la figura 4 se proporciona un gráfico que muestra el cambio en la capacidad de transmisión de par motor \DeltaC de una correa de transmisión 7, en función de la anchura B de los elementos transversales 15, para un diseño de correa de transmisión dado, asumiendo que las bandas continuas son tan anchas como sea posible, dada la anchura B de los elementos transversales 15. La línea punteada 22 muestra la dependencia lineal, positiva, de \DeltaC con la anchura B de los elementos transversales 15, es decir con la anchura de la banda continua (o bandas). La línea discontinua 23 muestra la dependencia negativa, y cuadrática, acorde con la invención, de \DeltaC con la anchura B de los elementos transversales 15. Finalmente, la curva continua 24 muestra la suma de la mencionada curva punteada 22 y la mencionada curva discontinua 23. La última curva muestra que, hasta una anchura B denotada por el número de referencia 25, la capacidad de transmisión de par motor se incrementa puesto que, hasta la mencionada anchura B, el cambio en la capacidad de transmisión de par motor \DeltaC es positivo, mientras que, sobre la mencionada anchura B, la capacidad de transmisión de par motor disminuye.

En la figura 5 se proporciona un gráfico en el que la curva 26 muestra la dependencia del máximo valor aplicable de la anchura B de los elementos transversales 15, con la masa específica p del material del que están hechos los elementos transversales 15. Estando el mencionado máximo valor aplicable de B definido, como la anchura B hasta la que se incrementa la capacidad de transmisión de par motor de la correa de transmisión 7. El gráfico representa la ecuación acorde con la reivindicación 1. El valor límite de 10 kg/m se ha establecido empíricamente, y se ha encontrado que es aplicable de forma general, especialmente para aplicaciones de correa de transmisión de par motor relativamente alto. Se da dos ejemplos en la figura 5. Para elementos de acero 15, se encuentra una anchura B de hasta aproximadamente 36 mm, y para elementos transversales hechos de aleación de aluminio, se encuentra una anchura B de hasta aproximadamente 60 milímetros.

Se subraya que, por razones de simplicidad y coste de fabricación, así como del nivel de ruido generado durante el funcionamiento de la correa de transmisión, el grosor T y la altura H de la sección transversal de transporte de carga del elemento transversal 15, son en la práctica preferentemente de, como mucho, 2 mm y 8 mm respectivamente. Esto significa que la anchura B de un elemento transversal 15, está también limitada puesto que, como se ha discutido previamente, es necesario incrementar la anchura B, la altura H y el grosor T de los elementos transversales 15, simultáneamente, para mantener la fuerza y resistencia al pandeo necesarias. A continuación se aproxima la anchura máxima B_{B} debida al efecto de pandeo. En la aproximación se desprecia la influencia de la fuerza centrífuga, lo que es válido puesto que la fuerza de apretamiento más alta se aplica a baja velocidad, por ejemplo durante la desconexión de un vehículo de motor, y el riesgo de pandeo es, por lo tanto, más crítico a bajas velocidades de la correa de transmisión. Como se ha mencionado antes, la capacidad de transmisión de par motor de la correa de transmisión 7, es decir la máxima cantidad de par motor a ser transmitido por la correa de transmisión T_{MÁX}, es esencialmente proporcional a la anchura B de sus elementos transversales 15, de acuerdo con:

T_{MÁX} = C1 \cdot B

donde C1 es una constante.

Para transferir la mencionada cantidad máxima de par motor T_{MÁX}, entre la correa de transmisión y las poleas, sin deslizamientos, se necesita una mínima fuerza de apretamiento FCL:

F_{CL} = C2 \cdot T_{MÁX}

donde C2 es una constante. Y así:

F_{CL} = C3 \cdot B

A partir de las especificaciones de aplicaciones y diseños de aplicaciones de correa de transmisión conocidas, se ha calculado que es aplicable un valor de aproximadamente 5 \cdot 10^{4}, para C3.

Con la ecuación de Euler se puede calcular la fuerza F_{B} a la que se comba un objeto:

F_{B} = \pi^{2} \cdot \frac{E \cdot I_{MIN}}{L^{2}}

donde E es el módulo de elasticidad de Young, I es el momento de inercia del área, y L es la longitud de el objeto visto en la dirección de F_{B}. Aquí L puede sustituirse por la anchura B del elemento transversal 15.

Combinando las dos últimas ecuaciones, puede derivarse una ecuación para estimar la anchura máxima B_{B}:

B_{B} = \sqrt[3]{\pi^{2} \cdot \frac{E \cdot H \cdot T^{3}}{12 \cdot 5 \cdot 10^{4}}}

Usando la última ecuación, para elementos transversales de acero se encuentra un valor de 59 mm para B_{B}. Este valor es mucho mayor que el de 36 mm encontrado empleando la ecuación acorde con la reivindicación 1 y, por lo tanto, el pandeo del elemento transversal no es la cuestión aquí. Sin embargo, para elementos transversales hechos de aleaciones de aluminio, B_{B} es aproximadamente igual a 42 mm, que es considerablemente menor que la mayoría de los valores que se encuentra empleando la figura 5. En este caso la anchura B de los elementos transversales está, por lo tanto, limitada no por la fuerza centrífuga que actúa en la correa, sino por el efecto de pandeo. En estas situaciones, desde luego sigue siendo posible incrementar la máxima anchura B_{B}, para hacer el elemento transversal más grueso y/o más largo, o para incrementar el módulo de elasticidad.

Claims (3)

1. Una correa de transmisión (7) para una transmisión variable continua (1) para vehículos de motor, que comprende una serie de bandas sinfín apiladas radialmente, que forman un anillo laminado (16), soportado de forma deslizable por una serie de elementos transversales (15) estando, las bandas, provistas en dos anillos laminados (16) que están espaciados mutuamente de forma axial, teniendo cada uno de los elementos (15) dos caras principales (17), con una orientación sustancialmente transversal respecto de la dirección longitudinal de la correa de transmisión (7), las caras principales (17) de los elementos transversales (15) tienen una sección sustancialmente trapezoidal y teniendo, los elementos transversales (15), una anchura B y un peso específico p, caracterizada porque el mencionado número de bandas sinfín, apiladas radialmente en un anillo laminado (16), es 14 ó 15, y los parámetros de anchura B y peso específico p, satisfacen la ecuación:

B^{2} \cdot \rho = 9 [kg/m]

2. Una correa de transmisión (7), acorde con la reivindicación precedente, caracterizada porque dos lados (18) de la mencionada sección trapezoidal, están mutuamente orientados a un ángulo de correa que es mayor de 0,14 radianes, pero menor de 0,38 radianes.

3. Una correa de transmisión (7), acorde con la reivindicación 2, caracterizada porque el mencionado ángulo de la correa es, aproximadamente, igual a 0,26 radianes.