ITUB20152811A1 - Cambio sincrono a quattro velocita - Google Patents

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ITUB20152811A1
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IT
Italy
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transmission
speed
shaft
wheel
toothed
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ITUB2015A002811A
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English (en)
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Paolo Nesti
Walter Mariotti
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Piaggio & C Spa
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Description

Cambio sincrono a quattro velocità
Descrizione
La presente invenzione ha come oggetto un cambio sincrono a quattro velocità, in particolare per un impiego a bordo di un motoveicolo, come uno scooter, come organo di trasmissione del moto generato da un motore a una ruota motrice, in particolare la ruota posteriore del motoveicolo.
Negli scooter di ultima generazione la trasmissione più comunemente usata è del tipo CVT (Continuosly variable transmission), detta cambio continuo o variatore continuo.
Essa ha il vantaggio di fornire una trazione continua e di non richiedere l'azionamento manuale dei diversi rapporti. Tuttavia, impiegando organi di tipo strisciante, tale trasmissione si contraddistingue per un basso rendimento, soprattutto nelle manovre transitorie quando l'effetto di isteresi della cinghia di trasmissione è massimo.
Ciò spinge verso il basso il rendimento generale del veicolo e ne aumenta i consumi.
D'altra parte, un'esigenza molto sentita nel settore è quella di limitare i consumi il più possibile, mantenendo però, laddove richiesto dal mercato, il livello di confort al quale gli utenti sono stati abituati dal cambio CVT.
Lo scopo alla base della presente invenzione è quindi quello di aumentare in maniera significativa il rendimento globale della trasmissione in veicoli a due ruote per trasporto urbano.
L'idea alla base dell'invenzione consiste nel fornire un cambio sincrono, contenente cioè cinghie ma di tipo sincrono, ossia dotate di opportuna dentatura per la trasmissione sincrona del moto da puleggia a cinghia e da cinghia a puleggia, nella quale l'effetto di isteresi è ridotto al minimo e per le quali il rendimento è paragonabile a quello ottenibile con sistemi tipo pignone-catena-corona.
Per garantire un range (il valore dato dal rapporto in marcia più alta diviso il rapporto in prima marcia) adeguato e confrontabile, con quello garantito da un tradizionale sistema a CVT, è possibile prevedere l'impiego di quattro marce.
Pertanto, il suddetto problema viene risolto da un cambio sincrono a quattro velocità come sopra specificato che si caratterizza per il fatto di comprendere:
• un albero motore, che riceve il moto da un motore, che presenta una prima e una seconda puleggia calettate su di esso;
• un albero primario, che presenta una terza e una quarta puleggia e una prima e una seconda ruota dentata calettate su di esso,
• una prima cinghia di trasmissione che collega detta prima e detta terza puleggia, per la trasmissione della prima e della seconda velocità,-• una seconda cinghia di trasmissione che collega detta seconda e detta quarta puleggia, per la trasmissione della terza e della quarta velocità;
• un albero secondario collegato a una ruota motrice, che comprende una terza e una quarta ruota dentata, rispettivamente impegnate con dette prima e seconda ruota dentata dell'albero primario;
la prima e la terza ruota dentata essendo deputate a trasmettere la prima e la terza velocità, e la seconda e la quarta ruota dentata essendo deputate a trasmettere la seconda e la quarta velocità,
• un primo sincronizzatore, che attiva la trasmissione della terza e della quarta velocità; e
• un secondo sincronizzatore attuato, che attiva la trasmissione della seconda e della quarta velocità,
essendo previste una prima ruota libera sulla trasmissione della terza e della quarta velocità e una seconda ruota libera sulla trasmissione della prima e della terza velocità, sulle rispettive pulegge e ruote dentate.
Il principale vantaggio del cambio sincrono a quattro velocità secondo la presente invenzione risiede nell'avere prestazioni simili a quelle di un cambio a variazione continua ma, al tempo stesso, un elevato rendimento e un agevole funzionamento automatico.
Alla luce di quanto sopra, è possibile implementare questo cambio sincrono in una soluzione automatizzabile, semplice e compatta.
La presente invenzione verrà qui di seguito descritta secondo alcuni suoi esempi di realizzazione preferita, forniti a scopo esemplificativo e non limitativo con riferimento ai disegni annessi in cui:
• la figura 1 mostra una vista assonometrica di un primo esempio di cambio sincrono a quattro velocità secondo l'invenzione;
• la figura 2 mostra una vista assonometrica del cambio sincrono di figura 1, presa da una diversa angolazione;
• la figura 3 mostra una vista in sezione longitudinale del cambio sincrono di figura 1;
• le figure da 4 a 8 mostrano viste in sezione longitudinale schematizzate del cambio sincrono di figura 1, che illustrano il funzionamento dei differenti rapporti di trasmissione ; e
• la figura 9 mostra una vista in sezione longitudinale di un secondo esempio di cambio sincrono a quattro velocità secondo 1'invenzione .
Con riferimento alle figure da 1 a 3, un cambio di velocità a più marce, in particolare a quattro velocità, è indicato nel suo complesso con 1. Esso è del tipo adatto a essere montato su un motoveicolo come organo di trasmissione che aziona una ruota motrice del motoveicolo, in particolare uno scooter, ovvero la sua ruota posteriore (non rappresentata) .
A tale proposito, esso comprende un albero motore 2, che viene fatto ruotare dal motore, di cui sono rappresentate le relative biella 30 (figure 1 e 2) e manovella 31 (figure da 3 a 9), e un primo albero condotto, ovvero l'albero primario 3, e un albero secondario 4, che può essere collegato direttamente alla ruota o che trasmette la rotazione, come nel presente esempio di realizzazione, a un albero di mozzo 5 che è collegato alla ruota motrice del veicolo.
Si noti che la disposizione degli alberi è tale per cui l'albero motore 2 assume una posizione che è sostanzialmente parallela all'asse di rotazione della ruota motrice, ovvero all'albero di mozzo 5. Pertanto, questo organo di trasmissione ha il compito di trasferire il moto da un motore, che presenta un albero motore trasversale al motoveicolo, a una ruota avente anch'essa un asse trasversale al veicolo.
Il passaggio da albero secondario 4 ad albero di mozzo 5 avviene attraverso una coppia di ingranaggi 6, 7 che hanno la funzione di invertire il verso di rotazione trasmesso alla ruota motrice, che in questo caso è concorde al verso di rotazione dell'albero motore 2, e introducono un rapporto di riduzione fisso sul mozzo.
Si intende che l'albero di mozzo 5 potrebbe essere costituito dallo stesso albero secondario 4, a patto di rinunciare al suddetto rapporto di riduzione sul mozzo e provvedendo a invertire il verso di rotazione dell'albero motore 2.
Alla luce di quanto sopra, in ogni caso l'albero secondario è direttamente o indirettamente collegato, dal punto di vista meccanico, alla ruota motrice a cui il cambio fa riferimento.
L'albero motore 2 e l'albero primario 3 sono sostanzialmente paralleli e sono collegati da organi di trasmissione che permettono la trasmissione del moto secondo diversi rapporti di velocità. Tali organi di trasmissione comprendono un primo gruppo di pulegge dentate montate sull'albero motore 2, un secondo gruppo di pulegge dentate montate in corrispondenza dell'albero primario 3, e una coppia di cinghie di trasmissione che si estendono dal primo al secondo gruppo di pulegge .
Per cinghia di trasmissione si intende qualunque organo anulare flessibile atto a trasmettere il moto tra due pulegge disassate tra loro, in particolare con assi paralleli tra loro. Le cinghie di trasmissione comprendono pertanto qualunque genere di cinghie o di catene, le pulegge potendo essere eventualmente dentate per realizzare un collegamento sincrono.
Nel presente esempio di realizzazione così come nei successivi, le cinghie di trasmissione sono vantaggiosamente cinghie di trasmissione sincrone; per cinghia sincrona s'intende una cinghia, normalmente una cinghia dentata o una catena a rulli, che trasmette il moto da una ruota o puleggia dentata a un'altra ruota o puleggia dentata con un rapporto di trasmissione che è determinato dal rapporto tra i diametri delle ruote, senza che esso sia affetto da perdite per attrito o strisciamento.
L'assenza di parti striscianti e/o trascinate per attrito, tipiche invece dei cambi di tipo CVT (Continuously variable transmission) , anche noti come cambi continui o variatori continui, rende il cambio di velocità qui descritto di tipo sincrono.
Pertanto, nel presente esempio di realizzazione così come nei successivi, le suddette pulegge sono pulegge dentate, collegate da cinghie dentate, preferibilmente del tipo realizzato in gomma.
Sull'albero motore 2 è montata una frizione principale 8 che, nel presente esempio, è di tipo centrifugo, ben noto in arte. Questo tipo di frizione permette la trasmissione del moto dall'albero motore 2 agli organi di trasmissione in cascata, e si innesta automaticamente a un regime di rotazione compreso in un intervallo prefissato, per esempio tra 1000 e 2000 giri al minuto. A un regime di rotazione inferiore, la frizione 8 non è innestata e il motore è in folle, mentre la ruota motrice non è sollecitata.
S'intende comunque che, in applicazioni particolari, questo tipo di frizione può essere sostituito con una frizione a innesto manuale che è perfettamente equivalente, o da una frizione attuata da un servomeccanismo.
In cascata a detta frizione 8, sull'albero motore 2 sono calettati una prima puleggia 9 e una seconda puleggia 10. Esse sono rispettivamente collegate, mediante una prima cinghia sincrona 11, a una terza puleggia 12 e, mediante una seconda cinghia sincrona 13, a una quarta puleggia 14.
La terza puleggia 12, nel presente esempio, è montata su una prima ruota libera 15, calettata sull'albero primario 3.
Inoltre, in testa all'albero motore 2, è presente un primo sincronizzatore 16 per la sincronizzazione della seconda cinghia 13, ovvero del collegamento tra seconda e quarta puleggia 10, 14, mentre in testa all'albero primario 3 è presente un secondo sincronizzatore 17 che sincronizza le ruote dentate calettate su tale albero primario 3, come sarà spiegato dettagliatamente nel seguito.
Sull'albero primario 3 sono calettate una prima e una seconda ruota dentata, indicate con 18 e 19, che sono rispettivamente in impegno con una terza ruota dentata 20 e con una quarta ruota dentata 21, entrambe calettate sull'albero secondario 4. La terza ruota dentata 20, in questo esempio di realizzazione, è montata su una seconda ruota libera 22.
Il funzionamento della trasmissione sopra descritta viene così schematicamente riassunto: inizialmente il motore gira in folle (figura 4) e risulta staccato dalla trasmissione grazie alla presenza della frizione principale 8 di tipo centrifugo che, ai giri di minimo, risulta aperta.
A un determinato numero di giri (figura 5), la frizione centrifuga 8 si chiude e, attraverso la prima puleggia 9 relativa alla prima e alla seconda velocità, il moto dall'albero motore 2 viene trasmesso all'albero primario 3 del cambio 1 che viene trascinato dalla terza puleggia 12; la trasmissione del moto avviene attraverso la prima cinghia sincrona 11. Dall'albero primario 3, la rotazione viene trasmessa all'albero secondario 4 attraverso la prima e la terza ruota dentata 18, 20, e dall'albero secondario 4 il moto viene trasmesso all'albero di mozzo 5 attraverso la coppia di ingranaggi 6, 7.
Ad un determinato istante, che può essere deciso dal conducente oppure autonomamente impostato dal sistema, secondo una ben precisa logica implementata, è richiesto al sistema di passare dalla prima alla seconda velocità e, anche in questo caso, la trasmissione impiega la prima cinghia sincrona 11 (figura 5).
In questo caso però il secondo sincronizzatore attuato 17 disposto sull'albero primario 3 viene attivato, e così esso interviene sincronizzando la coppia di ruote dentate, la seconda e la quarta ruota dentata 19, 21, deputate alla trasmissione della seconda e della quarta velocità.
A questo proposito, poiché l'albero secondario 4 inizia a girare più velocemente rispetto alla velocità alla quale potrebbe girare se esso pilotasse il rapporto di trasmissione che compete alla prima velocità, la prima e la terza ruota dentata 18, 20 viene sopravanzata e quindi esclusa grazie alla presenza della seconda ruota libera 22 disposta su una di dette ruote, in particolare la terza ruota dentata 20.
A questo punto, poiché l'albero primario 3 del cambio 1 inizia a girare più velocemente rispetto alla velocità alla quale potrebbe girare se pilotasse il rapporto di trasmissione che compete alla prima, la coppia formata dalla prima e dalla terza puleggia 9, 12 viene sopravanzata e dunque esclusa. L'albero primario 3 dunque ruota con il rapporto imposto dalla seconda marcia (figura 4).
Ad un determinato istante, che può essere deciso dal conducente oppure autonomamente impostato dal sistema, secondo una ben precisa logica implementata, è richiesto al sistema di passare dalla seconda alla terza velocità e, in questo caso, la trasmissione deve impiegare la seconda cinghia sincrona 13 (figura 7).
Il primo sincronizzatore 16 posto sull'asse motore 2 è attivato, realizzando la sincronizzazione della seconda puleggia 10 della terza e della quarta marcia. In quest'ultimo caso, la seconda cinghia sincrona 13, posta adesso in movimento, trasmette il moto all'albero primario 3 del cambio. Essendo le due cinghie 11, 13 contemporaneamente in movimento, l'albero primo 3 si troverebbe ad avere due velocità diverse imposte dalla trasmissione, tuttavia ciò è evitato dalla presenza di una prima ruota libera 15 che permette di sganciare la terza puleggia 13 relativa alla prima e seconda marcia.
Tuttavia, nello stesso momento, sull'asse condotto, il secondo sincronizzatore 17 sull'albero primario 3 deve essere disattivato, in modo da cessare la sincronizzazione del rapporto di ruote dentate di seconda e quarta marcia. Pertanto, il moto giunge all'albero primario 3 attraverso la coppia di pulegge relative alla terza e alla quarta velocità, e l'albero primario 3 ruota con la velocità imposta dalla terza marcia.
Parimenti, il moto passa dall'albero primario 3 all'albero secondario 4 attraverso la prima e la terza ruota dentata 18, 20, deputate alla trasmissione della prima e della terza velocità.
Nel presente caso, si noti come il sincronizzatore debba essere disattivato a prescindere dalla velocità di rotazione raggiunta dal rispettivo albero primario 3, e ciò fa sì che esso debba essere di tipo attuato, cioè del tipo che viene attivato o disattivato a seguito di un'attuazione determinata da una decisione del sistema e non dal semplice raggiungimento di un regime di rotazione.
D'altra parte, si nota che il primo sincronizzatore 16, che agisce sull'albero motore 2 per sincronizzare la trasmissione della terza e della quarta velocità, può essere di tipo non attuato, cioè del tipo che si attiva al raggiungimento di un regime di rotazione predeterminato, come accade in un sincronizzatore di tipo centrifugo ben noto in arte.
Tuttavia, negli esempi di realizzazione qui presentati, entrambi i sincronizzatori 16, 17 sono del tipo attuato, per ottenere la libertà di poter imporre al sistema un qualsiasi rapporto di trasmissione da parte di un sistema con una logica di controllo o eventualmente da parte del conducente.
Come ultimo caso rimane l'inserimento della quarta velocità (figura 8). Per quanto riguarda il primo sincronizzatore 16 sull'albero motore nulla cambia rispetto al caso della terza velocità. Infatti, continua ad essere attiva la seconda cinghia 13 tra la seconda e la quarta puleggia 10, 14.
Tuttavia, per la quarta marcia, deve intervenire anche il secondo sincronizzatore 17 che viene attuato sull'albero primario 3, sincronizzando nuovamente la coppia di ruote dentate, la seconda e la quarta 19, 21, che competono alla seconda e quarta velocità.
Nuovamente, la presenza della seconda ruota libera 22 sull'albero secondario 4 impedisce che siano contemporaneamente presenti due rapporti di trasmissione sul medesimo albero. In particolare, la coppia di ruote dentate 18, 20 relative alla trasmissione della prima e della terza velocità sono sganciate e non trasmettono moto a causa della maggiore velocità imposta dalla coppia di seconda e quarta ruota dentata 19, 21. In questo modo, l'albero secondario 4 ruota con una velocità imposta dalla quarta velocità.
Lo schema di attivazione dei due sincronizzatori può essere così riassunto nella tabella I che segue:
disattivo = 0 Primo Secondo
attivo = 1 sincronizzatore sincronizzatore
I velocità 0 0
il velocità 1 0
ili velocità 0 1
iv velocità 1 1
Tabella I
Nella descrizione del primo esempio di realizzazione è stata considerata una particolare disposizione delle ruote libere 15, 22.
Nello specifico, è stata inserita una prima ruota libera sull'albero primario 3 del cambio, necessaria a sganciare la trasmissione relativa alla prima e seconda velocità, ed una seconda ruota libera 22 sull'albero secondario 4, necessaria a sganciare la trasmissione della prima e della terza velocità.
La medesima funzionalità di sistema di trasmissione è ottenibile nel secondo esempio di realizzazione (figura 9), in cui anche la seconda 22 delle ruote libere è montata sull'albero primario 3 del cambio, sempre allo scopo di sganciare la trasmissione della prima e della terza velocità,
A tale proposito, la seconda ruota libera 22 è montata sulla prima ruota dentata 18.
Tale opzione, se da un lato rende un po' più complicata la configurazione di supporto dell'albero primario 3, dall'altro rende decisamente più semplice la definizione delle ruote dentate 18, 20 relative alla prima e alla terza velocità.
In aggiunta in quest'ultima ipotesi è necessario, per motivi di ingombro ed opportuno schema di supporto, spostare anche la prima 15 delle due ruote libere. Quest'ultima quindi si trova sostanzialmente allineata alla terza puleggia 12 relativa alla prima e seconda marcia. Questo aspetto è, da un punto di vista funzionale, molto positivo in quanto la tensione della prima cinghia 11 non genera praticamente più alcuna inflessione dell'albero primario 3, facendo lavorare in maniera migliore la ruota libera stessa.
Si noti che, considerando lo scopo della prima ruota libera 15, che è quello di sganciare all'occorrenza la trasmissione della prima o della seconda velocità, essa potrebbe essere disposta anche sull'albero motore 2, a supporto della prima puleggia 9.
In ultima analisi, la scelta della disposizione delle ruote libere non è univoca. In particolare, la ruota libera atta a sganciare 1'ingranamento della prima e della terza velocità può essere implementato sia sull'albero primario sia su quello secondario senza modificare in alcun modo la filosofia alla base della presente trasmissione,
Ai sopra descritti cambi sincroni a quattro velocità un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare ulteriori e contingenti esigenze, potrà apportare numerose ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro comprese nell'ambito di protezione della presente invenzione, quale definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Cambio sincrono (1) a quattro velocità, per un impiego a bordo di un motoveicolo come organo di trasmissione del moto generato da un motore a una ruota motrice, in particolare la ruota posteriore del motoveicolo, comprendente: • un albero motore (2), che riceve il moto da un motore, che presenta una prima e una seconda puleggia (9, 10) calettate su di esso; • un albero primario (3), che presenta una terza e una quarta puleggia (10, 14) e una prima e una seconda ruota dentata (18, 19) calettate su di esso, • una prima cinghia di trasmissione (11) che collega detta prima e detta terza puleggia (9, 12), per la trasmissione della prima e della seconda velocità; • una seconda cinghia di trasmissione (13) che collega detta seconda e detta quarta puleggia (10, 14), per la trasmissione della terza e della quarta velocità; • un albero secondario (4) collegato a una ruota motrice, che presenta una terza e una quarta ruota dentata (20, 21) calettate su di esso, rispettivamente impegnate con dette prima e secondo ruota dentata (18, 19) dell'albero primario (3); la prima e la terza ruota dentata (18, 20) essendo deputate a trasmettere la prima e la terza velocità, e la seconda e la quarta ruota dentata (19, 21) essendo deputate a trasmettere la seconda e la quarta velocità, • un primo sincronizzatore (16), che attiva la trasmissione della terza e della quarta velocità; e • un secondo sincronizzatore (17) attuato, che attiva la trasmissione della seconda e della quarta velocità, essendo previste una prima ruota libera (15) sulla trasmissione della terza e della quarta velocità e una seconda ruota libera (22) sulla trasmissione della prima e della la terza velocità, sulle rispettive pulegge e ruote dentate.
  2. 2. Cambio sincrono (1) a quattro velocità secondo la rivendicazione 1, in cui il primo sincronizzatore (16) è attuato.
  3. 3. Cambio sincrono (1) a quattro velocità secondo la rivendicazione 1, in cui il primo sincronizzatore (16) è montato in corrispondenza dell'albero motore (2).
  4. 4. Cambio sincrono (1) a quattro velocità secondo la rivendicazione 1, in cui in cui il secondo sincronizzatore (17) è montato in corrispondenza dell'albero primario (3).
  5. 5. Cambio sincrono (1) a quattro velocità secondo la rivendicazione 1, in cui la prima ruota libera (15) è montata sull'albero primario (3), in corrispondenza di detta terza puleggia (12).
  6. 6. Cambio sincrono (1) a quattro velocità secondo la rivendicazione 1, in cui la seconda ruota libera (22) è montata in corrispondenza dell'albero secondario (4), in corrispondenza di detta terza ruota dentata (20).
  7. 7. Cambio sincrono (1) a quattro velocità secondo la rivendicazione 1, in cui la seconda ruota libera (22) è montata in corrispondenza dell'albero primario (3), in corrispondenza di detta prima ruota dentata (18).
  8. 8. Cambio sincrono (1) a quattro velocità secondo la rivendicazione 1, in cui le cinghie di trasmissione (11, 13) comprendono cinghie dentate, dette pulegge (9, 10, 12, 14) essendo dentate per realizzare una trasmissione sincrona del moto.
  9. 9. Cambio sincrono (1) a quattro velocità secondo la rivendicazione 1, in cui l'albero motore (2) comprende una frizione centrifuga (8).
  10. 10. Cambio sincrono (1) a quattro velocità secondo la rivendicazione 1, in cui l'albero secondario (4) è impegnato con un albero di mozzo (5), che è collegato direttamente a una ruota motrice, mediante una coppia di ingranaggi (6, 7) che determinano un rapporto di riduzione.
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