ES2375677T3

ES2375677T3 - Configuración de tracción para un veh�?culo dirigido por patines.

Info

Publication number: ES2375677T3
Application number: ES08718808T
Authority: ES
Inventors: Robert William Thompson
Original assignee: Qinetiq Ltd
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2012-03-05
Anticipated expiration: 2028-03-19
Also published as: US20100105511A1; US8303446B2; EP2125492B1; ATE529317T1; EP2125492A1; GB0705845D0; WO2008117025A1

Abstract

Una configuración de tracción para un vehículo dirigido por patines, que comprende un miembro de tracción respectivo (6a, 6b) adaptado para ser situado a cada lado del vehículo; un par de motores de propulsión (1a, 1b) acoplados entre dichos miembros de tracción (6a, 6b); un diferencial controlado (8) acoplado entre árboles respectivos (7a, 7b) que están dispuestos para ser accionados por dichos motores de propulsión (1a, 1b); y uno o más motores de dirección (9) acoplados para hacer girar un elemento (12) de dicho diferencial controlado (8), caracterizada porque dicho diferencial controlado comprende: unas coronas dentadas primera y segunda (10a, 10b) dispuestas para girar con dichos árboles respectivos (7a, 7b); un juego de engranajes planetarios compuestos que comprende una o más ruedas dentadas satélites compuestas (11) y un portasatélites común (12), estando engranada una primera rueda dentada satélite (13a) del o de cada satélite compuesto citado (11) con la primera corona dentada (10a) y estando engranada una segunda rueda dentada satélite (13b) del o de cada satélite compuesto citado (11) con la segunda corona dentada (10b); siendo desiguales las relaciones del número de dientes de engranaje entre la primera corona dentada (10a) y la o cada primera rueda dentada satélite citada (13a) y entre la segunda corona dentada (10b) y la o cada segunda rueda dentada satélite citada (13b); y en donde dicho motor o motores de dirección (9) están acoplados para hacer girar dicho portasatélites (12); con lo que, si el portasatélites (12) está estacionario, los dos árboles (7a, 7b) están acoplados a través de dichas coronas dentadas (10a, 10b) y dichas ruedas dentadas satélites compuestas (11) para girar conjuntamente en el mismo sentido con una velocidad diferente; y la rotación del portasatélites (12) varía la diferencia de velocidad entre los dos árboles (7a, 7b), y el sentido y la magnitud de dicha variación dependen respectivamente del sentido y la velocidad de la rotación del portasatélites (12).

Description

Configuraci6n de tracci6n para un vehfculo dirigido por patines.

La presente invenci6n se refiere a una configuraci6n de tracci6n para un vehfculo dirigido por patines que incorpora un diferencial controlado, que es un mecanismo para acoplar dos arboles y controlar sus velocidades relativas.

5 Aplicaciones particulares incluyen la direcci6n de un tanque de combate, una maquina explanadora u otro vehfculo dirigido por patines y equipado con una configuraci6n de tracci6n de la clase descrita en el documento WO02/083483, que muestra una configuraci6n segun el preambulo de la reivindicaci6n 1, o el documento WO2006/021745, pero en donde la presente invenci6n incorpora una alternativa al doble diferencial epicfclico controlado allf revelado.

10 La invenci6n reside en una configuraci6n de tracci6n para un vehfculo dirigido por patines que comprende un respectivo miembro de tracci6n (tal como un pin6n de tracci6n de oruga para un vehfculo sobre orugas o un cubo de rueda para un vehfculo sobre ruedas) adaptado para ser localizado a cada lado del vehfculo; un par de motores de propulsi6n acoplados entre dichos miembros de tracci6n; un diferencial controlado acoplado entre arboles respectivos que estan dispuestos para ser accionados por dichos motores de propulsi6n; y uno o mas motores de

15 direcci6n acoplados para hacer girar un elemento de dicho diferencial controlado; caracterizada porque dicho diferencial controlado comprende: unas coronas dentadas primera y segunda dispuestas para girar con dichos arboles respectivos; un juego de engranajes planetarios compuestos que comprende una o mas ruedas dentadas satelites compuestas y un portasatelites comun, estando engranada una primera rueda dentada satelite del o de cada satelite compuesto citado con la primera corona dentada anular y estando engranada una segunda rueda

20 dentada satelite del o de cada satelite compuesto citado con la segunda corona dentada; siendo desiguales las relaciones del numero de dientes entre la primera corona dentada y la o cada primera rueda dentada satelite citada y entre la segunda corona dentada y la o cada segunda rueda dentada satelite citada; y en conde dicho motor o motores de direcci6n estan acoplados para hacer girar dicho portasatelites; con lo que si el portasatelites se encuentra en posici6n estacionaria, los dos arboles estan acoplados por dichas coronas dentadas y dichas ruedas

25 dentadas satelites compuestas para girar conjuntamente en el mismo sentido con una diferencia de velocidad; y la rotaci6n del portasatelites varfa la diferencia de velocidad entre los dos arboles, y el sentido y la magnitud de dicha variaci6n dependen respectivamente del sentido y la velocidad de la rotaci6n del portasatelites.

El modo de funcionamiento y otras caracterfsticas de una configuraci6n de tracci6n segun la invenci6n se describiran ahora con mayor detalle, a tftulo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

30 La figura 1 es una representaci6n diagramatica de una realizaci6n de una configuraci6n de tracci6n para un vehfculo dirigido por patines segun la invenci6n;

La figura 2 es un semisecci6n en perspectiva a traves de una realizaci6n ffsica del diferencial de la figura 1, con la corona dentada derecha no completa; y

La figura 3 es una vista en perspectiva de la rueda dentada satelite compuesta del diferencial de las figuras 1 y 2.

35 La figura 1 ilustra diagramaticamente una forma de configuraci6n de tracci6n de vehfculo dentro de la cual puede encontrarse como particularmente util la presente invenci6n, que es una disposici6n de tracci6n de oruga para un vehfculo dirigido por patines basada en el documento WO-02/083483. En esta figura una disposici6n de tracci6n transversal comprende dos motores de propulsi6n electricos 1a y 1b. Fuera de los motores, la transmisi6n incluye en cada caso una unidad de cambio de marcha (gama) 2a, 2b, una etapa de reducci6n de engranajes planetarios 3a,

40 3b, un freno 4a, 4b y una reducci6n de marcha de tracci6n final 5a, 5b, que conduce a respectivos pinones de tracci6n de oruga 6a y 6b en lados opuestos del vehfculo. Por dentro del motor, los arboles de tracci6n 7a y 7b estan acoplados a lados opuestos de un diferencial controlado 8 que puede ser accionado por un par acoplado de motores de direcci6n electricos 9.

Cada mecanismo de cambio de gama 2a, 2b puede ser como el descrito en el documento WO-05/054712 y esta

45 integrado con el respectivo motor de propulsi6n 1a, 1b de modo que los arboles 7a, 7b sean accionados por los rotores de los motores a traves de los mecanismos de cambio de gama y la direcci6n se mantenga efectiva mientras se hace un cambio de marcha debido a la conexi6n permanente de las transmisiones al diferencial a traves de los arboles 7a, 7b, segun se describe en el documento WO-2006/021745. Los componentes que constituyen los motores de propulsi6n 1a, 1b, los mecanismos de cambio de gama 2a, 2b, las reducciones de marcha 3a, 3b y el

50 diferencial controlado 8 pueden estar todos ellos alojados en una caja comun generalmente cilfndrica que se extiende transversalmente al vehfculo, como se muestra tambien en el documento WO-2006/021745.

El mecanismo del diferencial controlado 8 se basa en un par paralelo de juegos de engranajes planetarios, pero que comprende ruedas dentadas satelites vinculadas (compuestas) en un portasatelites comun. Mas particularmente, y con referencia tambien en la figura 2, unos respectivos anillos o coronas dentadas 10a y 10b estan enchavetados o 55 fijados de manera semejante en respectivos arboles de tracci6n 7a, 7b (este ultimo no se ve en la figura 2) para girar con el respectivo arbol de tracci6n. En la realizaci6n ilustrada la corona dentada 10b es de mayor diametro y tiene un

mayor numero de dientes que la corona dentada 10a. Cada corona dentada 10a, 10b engrana con porciones respectivas de una rueda dentada satelite compuesta 11 llevada por un portasatelites 12. El satelite compuesto 11 (vease tambien la figura 3) comprende un par paralelo de ruedas dentadas 13a, 13b unidas para girar conjuntamente sobre un eje comun - tal como por soldadura u otra sujeci6n entre dos elementos separados o por corte de dos juegos de dientes de engranaje en un solo elemento - y esta montada sobre cojinetes de rodillos de agujas en una espiga 14 que se extiende a traves del portasatelites 12. En la realizaci6n ilustrada la rueda dentada 13b del satelite compuesto es de mayor diametro y tiene mayor numero de dientes que la rueda dentada 13a. La rueda dentada 13a esta engranada con dientes internos 15a de la corona dentada 10a y la rueda dentada 13b esta engranada con dientes internos 15b de la corona dentada 10b. El portasatelites 12 esta montado para rotaci6n con independencia de los arboles 7a, 7b, tal como por medio de manguetas 16a, 16b, en unos cojinetes (no mostrados) sujetos en los extremos de los arboles 7a, 7b, y esta formado con un anillo externo de dientes de engranaje 17 mediante el cual puede ser inducido a girar por los motores de direcci6n 9 a traves de un tren 18 de ruedas cilfndricas rectas.

Se apreciara que el mecanismo del diferencial 8 proporciona una conexi6n permanente de transmisi6n de par entre los arboles 7a y 7b en virtud del engrane de ambas coronas dentadas 10a y 10b con la misma rueda dentada satelite compuesta 11. Se describira ahora el modo en que puede controlarse esto para dirigir el vehfculo.

En primer lugar, sup6ngase que se excitan los motores de direcci6n 9 para mantener estacionario el portasatelites 12 y que esta es la condici6n que se pretende que pertenezca a la marcha en lfnea recta del vehfculo. La excitaci6n de los motores de propulsi6n 1a, 1b para hacer girar los arboles de tracci6n 7a, 7b en esta condici6n hace que giren las coronas dentadas 10a, 10b para dar lugar a que giren las ruedas dentadas satelites 11 en el portasatelites estacionario 12. La distribuci6n de potencia entre los dos arboles 7a y 7b vendra determinada por el par requerido para accionar el respectivo pin6n 6a, 6b, siendo transferido el par de un lado a otro a traves del diferencial segun lo requerido, por ejemplo en respuesta a un cambio de las condiciones del terreno. Sin embargo, esta previsto que sean desiguales las relaciones de transmisi6n entre las coronas dentadas 10a, 10b y las respectivas ruedas dentadas 13a, 13b del satelite compuesto 11 con el cual estas coronas engranan, y asf en esta condici6n los arboles 7a y 7b seran forzados a funcionar a velocidades diferentes. En la realizaci6n ilustrada, considerando la conexi6n de la corona dentada 10a a la corona dentada 10b a traves del diferencial, existe un incremento de velocidad de la corona dentada 10a a la rueda dentada satelite 13a y una disminuci6n de velocidad de la rueda dentada satelite 13b (que ha de girar a la misma velocidad que la rueda dentada satelite 13a) a la corona dentada 10b, pero, dado que existe una mayor relaci6n de numeros de dientes entre la corona dentada 10a y la rueda dentada satelite 13a que la que hay entre la corona dentada 10b y la rueda dentada satelite 13b, existe un incremento global de velocidad de la corona dentada 10a a la corona dentada 10b; (por supuesto, la inversa es cierta considerando la conexi6n de la corona dentada 10b a la corona dentada 10a). En otras palabras, en la realizaci6n ilustrada se tiene que, mientras el portasatelites 12 sea estacionario, el arbol 7b tiene que girar mas rapidamente que el arbol 7a.

Se apreciara que, con los arboles 7a y 7b funcionando a velocidades diferentes en este estado, si la misma diferencia de velocidad es (proporcionalmente) reflejada por el resto de las transmisiones entre los respectivos arboles 7a, 7b y pinones 6a, 6b, entonces el vehfculo no marchara en lfnea recta, sino que virara. Por esta raz6n, se eligen diferentes las relaciones de transmisi6n de las etapas de reducci6n intermedias 3a y 3b para compensar tan aproximadamente como sea practicable la diferencia de velocidad de "marcha recta" entre los arboles 7a y 7b. Cada una de estas etapas de reducci6n comprende un mecanismo de engranaje planetario con una rueda dentada solar 19a, 19b acoplada al respectivo arbol 7a, 7b, un juego de ruedas dentadas satelites convencionales 20a, 20b en un portasatelites 21a, 21b, que esta acoplado al tren de transmisi6n exterior, y un anillo o corona dentada fijo 22a, 22b, eligiendose los numeros de dientes de los elementos de rueda dentada de modo que se consigan las relaciones de reducci6n deseadas entre los anillos y los portadores. La compensaci6n de la diferencia de velocidad entre los arboles 7a y 7b para marcha en lfnea recta podrfa ser proporcionada alternativamente por relaciones diferentes en los accionamientos finales 5a, 5b o en algunas otras etapas de engranaje entre el respectivo arbol 7a, 7b y el respectivo pin6n de tracci6n 6a, 6b o incluso escogiendo diferentes tamanos de pin6n o rueda en lados opuestos del vehfculo o, en realidad, mediante una combinaci6n de cualquiera de las medidas indicadas.

En cualquier disposici6n de transmisi6n dada en donde las relaciones de los diversos elementos de engranaje no compensen plenamente la diferencia de velocidad entre los arboles 7a, 7b para marcha en lfnea recta, el portasatelites 12 puede ser hecho funcionar por los motores de direcci6n 9 de manera que compense cualquier diferencia remanente vista en el pin6n de tracci6n 6a, 6b (explicandose mas adelante la manera en que el giro del portador 12 varfa la diferencia de velocidad entre los arboles 7a, 7b). Por ejemplo, en una realizaci6n particular de la transmisi6n ilustrada los numeros de dientes elegidos para cada rueda dentada en el diferencial 8 y en las etapas de

reducci6n 3a, 3b son como sigue:

corona dentada 10a: 37 dientes

corona dentada 10b: 52 dientes

rueda dentada satelite 13a: 24 dientes

rueda dentada satelite 13b: 39 dientes

rueda dentada solar 19a: 27 dientes

rueda dentada solar 19b: 22 dientes

ruedas dentadas satelites 20a: 18 dientes

ruedas dentadas satelites 20b: 20 dientes

corona dentada 22a: 63 dientes

corona dentada 22b: 63 dientes

Esto da como resultado una relaci6n de transmisi6n a traves del diferencial 8 con un portador estacionario 12 de (hasta tres lugares decimales) 1:1,156, una relaci6n de reducci6n en la etapa 3a de 3,333:1 y una relaci6n de reducci6n en la etapa 3b de 3,863:1. Por tanto, la relaci6n compensatoria entre las dos etapas de reducci6n es (hasta tres lugares decimales) 1,159:1, lo que deja una diferencia menor de velocidad de aproximadamente 0,25� a compensar por giro del portador 12 para marcha en lfnea recta.

Para virar el vehfculo mientras es propulsado por los motores 1a, 1b, se excitan los motores de direcci6n 9 para hacer girar el portasatelites 12 del diferencial 8 en la direcci6n y a la velocidad que variaran la diferencia de velocidad entre los arboles 7a, 7b hasta el punto de que, teniendo en cuenta las diferentes relaciones de reducci6n en las etapas 3a y 3b, se imponga una diferencia de velocidad sobre los pinones 6a, 6b para hacer girar el vehfculo en la direcci6n y a la velocidad requeridas, mientras que se regenera a traves del diferencial la potencia desde el lado de la transmisi6n con el pin6n de marcha mas lenta hasta el lado de marcha mas rapida. El giro del portasatelites 12 hace que la rueda satelite compuesta 11 rote alrededor del interior de las coronas dentadas 10a, 10b y, al hacer esto, dicho giro alterara la relaci6n de transmisi6n efectiva que opera entre esas coronas dentadas y, por tanto, alterara la diferencia de velocidad entre los arboles 7a, 7b. Esto se debe a la desigualdad de las relaciones de transmisi6n entre las coronas dentadas 10a, 10b y las respectivas porciones de rueda dentada 13a, 13b del satelite compuesto 11 con el cual aquellas engranan.

El efecto anterior puede ser conceptualizado considerando la relaci6n entre las coronas dentadas 10a, 10b y las ruedas dentadas satelites compuestas 11 de la figura 2. �magfnese que la corona dentada 10a se mantiene estacionaria y que el portasatelites 12 esta girando de modo que las rueda dentada satelite 13a esta rotando alrededor del interior de la corona dentada en sentido contrario al de las agujas del reloj, tal como se ve de frente desde la izquierda de la figura 2. Este movimiento hara tambien que la rueda dentada 11 gire en el portasatelites 12 (en el sentido de las agujas del reloj con relaci6n a este ultimo desde el mismo punto de vista) a una velocidad determinada por la relaci6n de los numeros de dientes en las ruedas dentadas 10a y 13a. La rueda dentada 13b sera obligada tambien a girar a la misma velocidad cuando rota alrededor del interior de la corona dentada 10b debido a que es igual de rapida que la rueda dentada 13a, dando lugar, al hacer esto, a que la corona dentada 10b gire a una velocidad determinada por la diferencia entre las relaciones de los numeros de dientes de engranaje entre las coronas dentadas 10a, 10b y las respectivas ruedas dentadas satelites 13a, 13b. En el ejemplo ilustrado esta rotaci6n de la corona dentada 10b sera en el sentido de las agujas del reloj, visto de frente desde la izquierda de la figura 2, debido a que hay una relaci6n mas alta de dientes de engranaje de la rueda dentada 13b a la rueda dentada 10b que la que hay de la rueda dentada 13a a la rueda dentada 10a, y, por tanto, la rueda dentada 10b tiene que ser accionada al contrario del sentido de revoluci6n de las ruedas dentadas satelites para compensar el hecho de que la rueda dentada 13b tiene que girar en la misma cuantfa que la rueda dentada 13a por cada revoluci6n del satelite compuesto 11. Por supuesto, la inversi6n de la direcci6n de rotaci6n del portasatelites en estas condiciones invierte la direcci6n de rotaci6n impuesta sobre la rueda dentada 10b. Ademas, cuanto mas rapidamente gire el portador 12 en una u otra direcci6n, tanto mas rapidamente tendra que girar la rueda dentada 10b con respecto a la rueda dentada 10a (supuesta estacionaria en este caso). Se aplica un analisis similar, pero inverso a la rotaci6n de la corona dentada 10a si se imagina uno que se mantiene estacionaria la corona dentada 10b y se hace que gire el portasatelites. Por supuesto, se producen efectos equivalentes en la situaci6n dinamica cuando las ruedas dentadas 10a, 10b sobre los arboles 7a, 7b estan siendo ya giradas por los motores de propulsi6n 1a, 1b, en cuyo caso la rotaci6n relativa entre las coronas dentadas debida a la revoluci6n de las ruedas dentadas satelites con el portador rotativo se suma/resta entonces efectivamente con respecto a la diferencia de velocidad entre los arboles 7a, 7b inherente a un portador estacionario.

Aunque la realizaci6n del diferencial descrita anteriormente presenta tan solo una unica rueda dentada satelite compuesta 11, es alternativamente posible disponer de una pluralidad de ruedas dentadas satelites compuestas distribuidas alrededor del portador 12, aunque, para un tamano y velocidad dados de las coronas dentadas 10a, 10b, las ruedas dentadas satelites individuales tendrfan que ser entonces de un diametro mas pequeno y girar mas rapidamente que la rueda dentada unica 11. Se considera actualmente que una unica rueda dentada de esta clase es la opci6n preferida, ya que permite que se utilicen ruedas dentadas relativamente grandes 13a, 13b, girando sobre un eje bajo un radio relativamente pequeno respecto del eje del portador, y puede conseguir una alta capacidad de carga debido a la alta relaci6n de contacto entre los dientes de la rueda dentada satelite y los dientes de la corona dentada.

Aunque en la realizaci6n ilustrada la corona dentada mas grande 10b tiene un numero mayor de dientes de engranaje que la corona dentada mas pequena 10a y la rueda dentada satelite mas grande 13b tiene un numero

5 mayor de dientes de engranaje que la rueda dentada satelite mas pequena 13a, esto es la consecuencia de elegir los mismos tamanos de dientes en ambos juegos de engranajes planetarios, pero ello no es esencial para el funcionamiento de la invenci6n. La caracterfstica importante es que difieran las relaciones entre la corona dentada y la rueda dentada satelite en cada juego, con independencia de los numeros o tamanos relativos de los dientes, tal como entre las dos coronas 10a, 10b y entre los dos satelites 13a, 13b.

10 Asimismo, aunque es preferible compensar al menos en cierto grado la diferencia de velocidad inherente entre los arboles 7a, 7b por medio de relaciones de transmisi6n diferentes en las etapas de reducci6n 3a, 3b o en otro sitio para lograr una marcha en lfnea recta, todo esto podrfa conseguirse por rotaci6n del portasatelites 12 si se desea y se emplean motores de direcci6n adecuadamente calculados.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una configuraci6n de tracci6n para un vehfculo dirigido por patines, que comprende un miembro de tracci6n respectivo (6a, 6b) adaptado para ser situado a cada lado del vehfculo; un par de motores de propulsi6n (1a, 1b) acoplados entre dichos miembros de tracci6n (6a, 6b); un diferencial controlado (8) acoplado entre arboles respectivos (7a, 7b) que estan dispuestos para ser accionados por dichos motores de propulsi6n (1a, 1b); y uno o mas motores de direcci6n (9) acoplados para hacer girar un elemento (12) de dicho diferencial controlado (8), caracterizada porque dicho diferencial controlado comprende:

unas coronas dentadas primera y segunda (10a, 10b) dispuestas para girar con dichos arboles respectivos (7a, 7b);

un juego de engranajes planetarios compuestos que comprende una o mas ruedas dentadas satelites compuestas

(11) y un portasatelites comun (12), estando engranada una primera rueda dentada satelite (13a) del o de cada satelite compuesto citado (11) con la primera corona dentada (10a) y estando engranada una segunda rueda dentada satelite (13b) del o de cada satelite compuesto citado (11) con la segunda corona dentada (10b);

siendo desiguales las relaciones del numero de dientes de engranaje entre la primera corona dentada (10a) y la o cada primera rueda dentada satelite citada (13a) y entre la segunda corona dentada (10b) y la o cada segunda rueda dentada satelite citada (13b);

y en donde dicho motor o motores de direcci6n (9) estan acoplados para hacer girar dicho portasatelites (12); con lo que, si el portasatelites (12) esta estacionario, los dos arboles (7a, 7b) estan acoplados a traves de dichas coronas dentadas (10a, 10b) y dichas ruedas dentadas satelites compuestas (11) para girar conjuntamente en el mismo sentido con una velocidad diferente; y

la rotaci6n del portasatelites (12) varfa la diferencia de velocidad entre los dos arboles (7a, 7b), y el sentido y la magnitud de dicha variaci6n dependen respectivamente del sentido y la velocidad de la rotaci6n del portasatelites (12).
2.

Una configuraci6n de tracci6n segun la reivindicaci6n 1, en la que hay una sola rueda dentada satelite compuesta citada (11).
3.

Una configuraci6n de tracci6n segun la reivindicaci6n 1 6 2, que comprende, ademas, una respectivas etapas de reducci6n de marcha (3a, 3b) entre dichos respectivos motores de propulsi6n (1a, 1b) y miembros de tracci6n (6a, 6b), y las relaciones de reducci6n de marcha de dichas etapas (3a, 3b) son desiguales y reducen la relaci6n de velocidad entre dichos miembros de tracci6n (6a, 6b) en comparaci6n con la relaci6n de velocidad entre dichos arboles (7a, 7b) cuando dicho portasatelites (12) esta estacionario.
4.

Un vehfculo equipado con una configuraci6n de tracci6n segun cualquier reivindicaci6n anterior.