BR112016022608B1

BR112016022608B1 - Caixa de marchas para veículos e veículos compreendendo tal caixa de marchas

Info

Publication number: BR112016022608B1
Application number: BR112016022608-9A
Authority: BR
Inventors: Dieter Slapak
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2023-04-04
Also published as: US10072734B2; BR112016022608A2; US20170023105A1; EP3149359B1; SE1450627A1; EP3149359A1; KR20170010319A; WO2015183154A1; KR101904368B1; SE539659C2; EP3149359A4

Abstract

CAIXA DE MARCHAS PARA VEÍCULOS E VEÍCULOS COMPREENDENDO TAL CAIXA DE MARCHAS A invenção é relativa a uma caixa de marchas (2) para veículos, compreendendo uma caixa de marchas planetárias (14) com uma engrenagem anelar (22), uma roda solar (18) e um portador de roda planetária (20), na qual, pelo menos uma roda planetária (24) está montada em um modo rotativo, cuja engrenagem anelar (22) e roda solar (18) engatam com a pelo menos uma roda planetária (24) através de dentes (32); uma primeira luva de acoplamento deslocável axialmente (40), que na posição de primeira marcha é disposta de modo a desconectar um eixo de entrada (16) para a caixa de marchas (2) do portador de roda planetária (20), e em uma posição de segunda marcha é disposta para conectar o eixo de entrada (16) com o portador de roda planetária (20); e uma segunda luva de acoplamento deslocável axialmente (42), que na posição de primeira marcha é disposta para conectar um alojamento de caixa de marchas (12) que circunda a caixa de marchas planetárias (14) com a engrenagem anelar (22), e na posição de segunda marcha é disposta para desconectar o alojamento da caixa de marchas (12) da engrenagem anelar (22). Um batente axial (54), montado armazenado no portador de roda planetária (20), topa contra e é conectado com a engrenagem anelar (22), cujo (...).

Description

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO E TÉCNICA ANTERIOR

[0001] A presente invenção é relativa a uma caixa de marchas para veículos de acordo com o preâmbulo da reivindicação de patente 1. A invenção é também relativa a um veículo que compreende uma tal caixa de marchas, de acordo com o preâmbulo da reivindicação de patente 10.

[0002] Para veículos e, em particular, veículos pesados para mercadorias tal como caminhões, uma caixa de marchas, também chamada de uma caixa de faixa de marchas, é muitas vezes conectada à caixa de marchas principal com o objetivo de dobrar o número de engrenamentos potenciais. Uma tal caixa de marchas adicional compreende usualmente uma engrenagem planetária, que tem uma marcha baixa e uma alta com o que as possibilidades de engrenamento da caixa de marchas principal podem ser divididas em uma posição de faixa baixa e uma posição de faixa alta. Na posição de faixa baixa, uma redução de marcha ocorre através da engrena-gem planetária, e na posição de faixa alta a relação de engrenamento é 1:1 na en-grenagem planetária.

[0003] A caixa de faixa de marchas é disposta entre a caixa de marchas principal e um eixo impelidor conectado às rodas motrizes do veículo. A caixa de faixa de marchas é abrigada em um alojamento da caixa de marchas e compreende um eixo de entrada conectado à caixa de marchas principal, um eixo de saída e uma engre-nagem planetária disposta entre o eixo de entrada e o eixo de saída. A engrenagem planetária usualmente compreende três componentes, que são dispostos em um modo rotativo um em relação ao outro, a saber, uma roda solar, um portador de roda planetária com uma roda planetária e uma engrenagem anelar. Com conhecimento sobre o número de dentes na roda solar e na engrenagem anelar, as velocidades de rotação mútuas dos três componentes podem ser determinadas durante operação. Em uma caixa de faixa de marchas, a roda solar pode ser conectada em um modo de torção rápida com o eixo de entrada, com um número de rodas planetárias que engatam com dita roda solar, cujas rodas planetárias são montadas em um modo rotativo sobre o portador de roda planetária, o qual é conectado em um modo de tor-ção rápida com o eixo de saída, e com uma engrenagem anelar deslocável axial-mente, que envolve e engata com as rodas planetárias. Os dentes da roda solar, das rodas planetárias, e da engrenagem anelar podem ser oblíquos, isto é, eles têm um ângulo em relação ao eixo geométrico comum de rotação para a roda solar, o porta-dor de roda planetária e a engrenagem anelar. Cortando os dentes obliquamente, o ruído emitido a partir da engrenagem planetária é reduzido. Contudo, uma força de reação na direcção do eixo geométrico de rotação é obtida a partir das rodas denta-das compreendidas na engrenagem planetária. A direcção da força de reação é de-pendente da direcção na qual as rodas dentadas na engrenagem planetária são obliquamente cortadas. Assim, as forças de reação podem operar para trás ou para frente ao longo da extensão do eixo geométrico de rotação.

[0004] Em uma caixa de faixa de marchas da técnica precedente, marchas baixa e alta são conseguidas por deslizamento axial da engrenagem anelar entre a posição de faixa baixa, na qual a engrenagem anelar é travada em rotação em relação ao alojamento da caixa de marchas, e a posição de faixa alta, na qual a engrenagem anelar pode ser girada em relação ao alojamento da caixa de marchas e onde a en-grenagem anelar, as rodas planetárias e a roda solar giram como uma unidade con-tínua. A engrenagem planetária compreende dois anéis de acoplamento dispostos de cada lado da engrenagem anelar e dois anéis de sincronização dispostos em ca-da lado da engrenagem anelar. Os anéis de sincronização são adaptados para con-seguir mudança síncrona de marchas.

[0005] Para alcançar uma boa função de sincronização neste tipo de caixa de faixa de marchas, a superfície dos dentes do anel de sincronização, que faceia a engrenagem anelar e que é projetada para acomodar os dentes da engrenagem anelar em sincronização, deve ter um ângulo - um assim chamado ângulo de trava- mento - em relação ao eixo geométrico de rotação do anel de sincronização, cujo ângulo de travamento deve ser equilibrado com o torque de frenagem que o anel de sincronização transfere para a engrenagem anelar, para atingir uma velocidade de rotação síncrona. Isto significa que dito ângulo de travamento deve ser adaptado de modo que os dentes no anel de sincronização topem contra as partes dos dentes das engrenagens de anel, que são equipadas com um ângulo de travamento, e tal que elas impactam de modo suficiente sobre a engrenagem anelar para que uma velocidade de rotação síncrona seja alcançada e para que elas, em seguida, sejam liberadas daquelas partes dos dentes da engrenagem anelar que são equipadas com o ângulo de travamento, o que acontece quando a engrenagem anelar deve engatar com o anel de acoplamento relevante depois que a velocidade de rotação síncrona foi alcançada. Para assegurar que uma velocidade de rotação síncrona é obtida antes que a engrenagem anelar passe o anel de sincronização em uma direção axial, os dentes do anel de sincronização não devem deixar os dentes da en-grenagem anelar muito facilmente.

[0006] Depois que os dentes do anel de sincronização tenham sido libertados dos dentes da engrenagem anelar, quando for atingida uma velocidade de rotação síncrona entre a engrenagem anelar e o anel de acoplamento, a engrenagem anelar será deslocada axialmente, de modo que o anel de sincronização é inserido na en-grenagem anelar e permanece em uma posição axial em relação à engrenagem anelar, cuja posição axial é determinada pela posição na qual o anel de sincroniza-ção se encontra e topa contra as rodas planetárias da engrenagem planetária.

[0007] A liberdade de movimento da engrenagem anelar em uma direção axial é limitada pelo projeto geométrico dos dentes da engrenagem anelar e do anel de acoplamento. Nas extremidades axiais da engrenagem anelar, superfícies extremas nas pontas dos dentes da engrenagem anelar encontram e topam uma superfície extrema circunferencial de cada anel de acoplamento, o que implica que a engrena-gem anelar não pode ser deslocada em uma direcção axial.

[0008] O documento WO 0155620 mostra um dispositivo de sincronização em uma engrenagem planetária, no qual a engrenagem planetária compreende uma roda solar, um portador de roda planetária e uma engrenagem anelar. A roda planetária é conectada em um modo de torção rápida com o eixo de entrada, e um número de rodas planetárias engata com a roda solar, cujas rodas planetárias são montadas de modo rotativo em um portador de roda planetária, conectado em um modo de torção rápida com um eixo de saída. Uma engrenagem anelar deslocável axialmente envolve e engata com as rodas planetárias. As marchas baixa e alta da caixa de marchas são obtidos por meio de a engrenagem anelar ser deslocada axialmente entre a posição de faixa baixa e a posição de faixa alta.

[0009] Estes dispositivos de sincronização são, contudo, submetidos a desgaste e resultam em custos de reparo consideráveis. Se a caixa de faixa de marchas transfere grandes torques, os dispositivos de sincronização terão dimensões consi-deráveis, o que implica em peso aumentado, requisito de aumento de espaço e mo-mento de inércia aumentado. Quando a posição de faixa alta é conectada, o torque será transferido da roda solar para as rodas planetárias, o que implica que facetas podem se formar nos flancos da roda denteada da roda solar, o que cria ruído na caixa de marchas e acelera desgaste das rodas dentadas da engrenagem planetária.

[0010] Existem caixas de faixa de marchas nas quais os dispositivos de sincroni-zação são substituídos por luvas de acoplamento estriadas. Controlando a transmis-são de tal modo que uma velocidade de rotação síncrona surge entre os dois com-ponentes que devem ser conectados, um deslocamento axial da luva de acoplamen-to é facilitado ao longo dos dois componentes com o objetivo de conectá-los e imter- conectá-los. Quando os componentes devem ser desconectados um do outro, a transmissão é controlada de tal modo que o equilíbrio de torque surge entre os com-ponentes, significando que a luva de acoplamento não transfere qualquer torque. Torna-se então possível deslocar a luva de acoplamento ao longo dos componentes com o objetivo de desconectá-los um do outro.

[0011] Equilíbrio de torque se refere a um estado onde um torque atua sobre uma engrenagem anelar interna disposta na engrenagem planetária, representando o produto do torque que atua sobre o portador de roda planetária da engrenagem planetária e a relação de engrenamento da engrenagem planetária enquanto simul-taneamente um torque atua sobre a roda solar da engrenagem planetária, o que re-presenta o produto do torque que atua sobre o portador de roda planetária e (1- a relação de engrenamento da engrenagem planetária). No caso de dois dos compo- nentes da engrenagem planetária, isto é, a roda solar, a engrenagem anelar interna ou portadores de rodas planetárias, estarem conectados com um dispositivo de em-breagem, este dispositivo de embreagem não transfere qualquer torque entre as pe-ças da engrenagem planetária quando prevalece o equilíbrio de torque. Consequen-temente, o dispositivo de embreagem pode ser facilmente deslocado e as partes componentes da engrenagem planetária podem ser desconectadas.

[0012] O documento US6196944 mostra uma engrenagem planetária, que com-preende uma roda solar, um portador de roda planetária com rodas planetárias e uma engrenagem anelar. A roda planetária pode, por meio de uma luva de acoplamento, ser conectada em um modo de torção rápida com o eixo de entrada em uma posição de faixa baixa, e ser desconectada do eixo de entrada em uma posição de faixa alta. Na posição de faixa alta, o eixo de entrada é conectado com o portador de roda planetária por meio da mesma luva de acoplamento. A engrenagem anelar é conectada de modo fixo com um alojamento de caixa de marchas. A engrenagem planetária da técnica precedente é disposta dentro de uma caixa de marchas suple-mentar, que tem apenas duas posições de marcha.

[0013] Caixas de marchas da técnica precedente devem muitas vezes ser com-pletamente desmontadas quando um componente é substituído, o que significa que toma bastante tempo e que é caro reparar a caixa de marchas.

SUMARIO DA INVENÇÃO

[0014] A despeito das soluções da técnica precedente, existe uma necessidade de desenvolver ainda mais uma caixa de marchas com tempos curtos de deslocamento, onde a confiabilidade e a segurança de funcionamento da transmissão seja elevada, e onde todas as peças componentes da transmissão são utilizadas de modo eficiente, de modo que baixa energia é requerida quando mudando marchas. Existe também uma necessidade por desenvolver ainda mais uma caixa de marchas com dimensões reduzidas em relação à transmissão de torque potencial, e uma caixa de marchas com baixas forças axiais atuando sobre os mancais axiais do eixo principal. Existe também um desejo para reduzir consumo de combustível em um veículo que compreende a caixa de marchas, e para reduzir ruído a partir da caixa de marchas, e uma necessidade de desenvolver ainda mais uma caixa de marchas, que seja fácil de reparar.

[0015] O objetivo da presente invenção é proporcionar uma caixa de marchas, que permita tempos de mudança curtos.

[0016] Outro objetivo da presente invenção é uma caixa de marchas que permita elevada confiabilidade e segurança de funcionamento da caixa de marchas.

[0017] Outro objetivo da invenção é proporcionar uma caixa de marchas que utiliza de modo eficiente todos os componentes na transmissão.

[0018] Outro objetivo da invenção é proporcionar uma caixa de marchas que tenha dimensões pequenas em relação à possível transmissão de torque.

[0019] Outro objetivo da invenção é proporcionar uma caixa de marchas que reduza consumo de combustível de um veículo que compreende a caixa de marchas.

[0020] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar uma caixa de marchas que requer pouca energia em deslocamento.

[0021] Outro objetivo da invenção é proporcionar uma caixa de marchas que tenha um baixo nível de ruído.

[0022] Outro objetivo da invenção é proporcionar uma caixa de marchas, que seja fácil de reparar.

[0023] Outro objetivo da invenção é proporcionar uma caixa de marchas, com baixas forças axiais que atuam sobre os mancais axiais da caixa de marchas.

[0024] Estes objetivos são alcançados com uma caixa do tipo acima mencionado, que é caracterizada pelas características especificadas na reivindicação 1.

[0025] Estes objetivos são ainda alcançados com um veículo, que compreende uma caixa de marchas do tipo mencionado acima, a qual é caracterizada pelas ca-racterísticas especificadas na reivindicação 10.

[0026] Uma vez que a primeira luva de acoplamento axialmente deslocável transmite torque a partir do eixo de entrada para o portador de roda planetária e ainda mais para o eixo de saída na posição de segunda marcha, e uma vez que a segunda luva de acoplamento axialmente deslocável trava a engrenagem anelar com o alojamento de caixa de marchas de modo que torque é transmitido a partir do eixo de entrada através da engrenagem anelar e portador de roda planetária para o eixo de saída na posição de primeira marcha, uma caixa de marchas eficiente com um alto rendimento e baixas perdas é obtida. A caixa de marchas terá uma necessidade de lubrificação reduzida enquanto dano na faceta nos flancos da roda denteada é minimizado.

[0027] O curso axial de cada respectiva luva de acoplamento se torna mais curto comparado com o curso da engrenagem anelar em uma caixa de faixa de marchas tradicional, o que implica que deslocamento entre diferentes engrenagenss é rápido.

[0028] A primeira e a segunda luvas de acoplamento podem ser adaptadas com uma extensão longitudinal limitada, o que significa que a massa de cada respectiva luva de acoplamento é baixa. A baixa massa de cada luva de acoplamento implica que o deslocamento entre as diferentes engrenagens é rápido.

[0029] De acordo com a invenção, a caixa de marchas compreende um batente axial, montado sobre o portador de roda planetária, cujo batente topa contra e é conectado com a engrenagem anelar, o batente axial impedindo a engrenagem anelar quanto a ser deslocada axialmente. Assim, a posição axial da engrenagem anelar será corrigida. Fixando a posição axial da engrenagem anelar por meio de um batente axial, o desgaste da segunda luva de acoplamento é minimizado, de modo que as rodas dentadas da caixa de marchas planetária podem ser equipadas com quaiquer dentes retos ou dentes oblíquos, e de modo que as luvas de acoplamento podem ser equipadas tanto com estrias retas ou estrias oblíquas.

[0030] De acordo com uma modalidade da invenção, a segunda luva de acopla-mento deslocável axialmente é apenas conectada com o alojamento de engrenagem na posição de segunda marcha. A segunda luva de acoplamento, portanto, dará ori-gem a forças de inércia na caixa de marchas.

[0031] De acordo com uma modalidadeda invenção, o eixo de entrada é ligado com a roda solar, e o portador de roda planetária é ligado com um eixo de saída na caixa de marchas. Assim, a caixa de marchas tem uma construção simples, com poucos componentes.

[0032] De acordo com uma modalidade da invenção, o eixo de entrada é ligado com a roda solar através de uma junta de estrias que tem uma extensão axial que permite um deslocamento angular entre o eixo de entrada e o eixo da roda solar. Durante operação, o eixo principal na caixa de marchas principal será dobrado sob certas condições de operação. Graças ao deslocamento angular permitido na junta de estrias, a roda solar não será impactada pela dobra no eixo principal, o que reduz a tensão sobre os dentes da roda solar. A junta de estrias implica que a caixa de marchas planetária possa ser ajustada e desmontada no eixo de entrada em uma única peça. Consequentemente, os custos de reparo podem ser reduzidos, uma vez que o tempo requerido para reparos é reduzido.

[0033] De acordo com uma modalidade da invenção, a primeira luva de acoplamento deslocável axialmente é equipada com primeiras estrias sobre uma superfície interior, cujas estrias são dispostas para interagir com primeiras estrias correspon-dentes, dispostas sobre o eixo de entrada e o portador de roda planetária. Uma co-nexão e desconexão simples e efetiva do eixo de entrada e portador de roda plane-tária é assim obtida.

[0034] De acordo com uma modalidade da invenção, a segunda luva de acopla-mento deslocável xialmente é equipada com segundas estrias sobre uma superfície interior, cujas estrias são dispostas para interagir com as segundas estrias corres-pondentes, dispostas sobre a engrenagem anelar e sobre o alojamento da caixa de marchas. Uma conexão e desconexão simples e efetiva da engrenagem anelar e alojamento de caixa de marchas é assim obtida.

[0035] De acordo com uma modalidade da invenção, o número de estrias na primeira luva difere do número de dentes na engrenagem anelar. Assim, um grande número de posições travadas determinadas entre a segunda luva de acoplamento e a engrenagem anelar é obtido, o que implica que um grande número de facetas podem ser formadas nos flancos do dente das rodas dentadas. As facetas irão, contudo, se situar perto uma da outra, de modo que elas em conjunto são percebidas como uma superfície essencialmente uniforme dos flancos de dente. O número ótimo de estrias pode ser calculado para obter tantas facetas quanto possível. Contudo, de acordo com a invenção, os flancos de rodas dentadas das rodas planetárias não se- rão submetidos a grandes tensões na posição de segunda marcha. Consequente-mente, o risco de formação de facetas é minimizado.

[0036] De acordo com uma modalidade da invenção, as rodas dentadas da en-grenagem anelar, da roda solar e pelo menos uma da roda planetária são adaptadas como rodas dentadas oblíquas, e se estendem com um ângulo em relação ao eixo central das respectivas rodas. Assim, uma caixa de marchas com uma grande transmissão de torque e um baixo nível de ruído é obtida.

[0037] Outras vantagens da invenção são definidas na descrição detalhada abaixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0038] Abaixo está uma descrição, como um exemplo, de modalidades preferidas da invenção com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[0039] A figura 1 mostra uma vista lateral de um veículo com uma caixa de marchas de acordo com a presente invenção,

[0040] A figura 2 mostra uma vista esquemática em corte da caixa de marchas de acordo com a invenção, em uma posição de faixa baixa, e

[0041] A figura 3 mostra uma vista esquemática em corte da caixa de marchas de acordo com a invenção em uma posição de faixa alta.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS DA INVENÇÃO

[0042] A figura 1 mostra uma vista lateral de um veículo 1, por exemplo, um ca-minhão, o qual compreende uma caixa de marchas 2 de acordo com a presente in-venção. A caixa de marchas 2 está compreendida em uma transmissão 3, que com-preende um motor de combustão 4, uma caixa de marchas principal 6 e um eixo im- pelidor 10. O motor de combustão 4 está conectado a uma caixa principal 6, que por sua vez está conectada à caixa de marchas 2 de acordo com a presente invenção. A caixa de marchas 2 também está conectada às rodas de acionamento 8 do veículo 1, através do eixo impelidor 10. A caixa de marchas 2 de acordo com a presente in-venção é também chamada uma caixa de faixa de marchas, e seu objetivo é dobrar o número de possibilidades de engrenamento. A caixa de marchas 2 está circundada por um alojamento de caixa de marchas 12.

[0043] A figura 2 mostra uma vista esquemática em corte de uma caixa de marchas 2 de acordo com a presente invenção. A caixa de marchas 2 compreende ge-nericamente uma engrenagem planetária 14, que tem uma marcha baixa e uma alta, com a qual as principais possibilidades de engrenamento da caixa de marchas 6 po-dem ser divididas em uma posição de faixa baixa e uma posição de faixa alta. Em uma posição de primeira marcha, que corresponde à posição de faixa baixa, uma mudança para baixo ocorre através da engrenagem planetária 14. Na posição de faixa alta, a relação de engrenamento é 1:1 na engrenagem planetária 14. A figura 2 mostra a caixa de marchas 2, na posição de primeira marcha, que corresponde à marcha baixa ou à posição de faixa baixa.

[0044] A caixa de marchas 2 está abrigada em um alojamento de caixa de marchas 12 e compreende um eixo de entrada 16, que pode consistir de um eixo principal 26 na caixa de marchas principal 6. A engrenagem planetária 14 compreende três componentes principais, os quais estão dispostos de um modo rotativo um em relação ao outro, a saber, uma roda solar 18, um portador de roda planetária 20 e uma engrenagem anelar 22. Sobre o portador de roda planetária 20, inúmeras rodas planetárias montadas 24 são dispostas. O eixo de saída 28 da caixa de marchas 2 está também disposto em um modo de torção rápida no portador de roda planetária 20. O eixo de saída 28 está conectado ao eixo impelidor 10 do veículo 1. Com o co-nhecimento sobre o número de dentes 32 na roda solar 18 e na engrenagem anelar 22, as velocidades relativas de rotação dos três componentes podem ser determina-das durante operação. A roda solar 18 está conectada em um modo de torção rápida com o eixo de entrada 16 e as rodas planetárias 24 engatam na dita roda solar 18. A engrenagem anelar 22 envolve e engata nas rodas planetárias 24. Os dentes 32 da roda solar 18, das rodas planetárias 24 e da engrenagem anelar 22 podem ser oblí-quos, isto é, podem ter um ângulo em relação ao eixo geométrico de rotação 30, comum à engrenagem sol 18, ao portador de roda planetária 20 e à engrenagem anelar 22. Cortando os dentes 32 obliquamente, uma força de reação na direcção do eixo geométrico de rotação 30 é obtida a partir das rodas dentadas 18, 22, 24 com-preendidas na engrenagem planetária 14. A direcção da força de reacção é depen- dente da direcção na qual os dentes 32 na engrenagem planetária 14 são cortados obliquamente. Assim, as forças de reação podem operar para trás ou para frente ao longo da extensão do eixo geométrico de rotação 30.

[0045] O eixo de entrada 16 é preferivelmente conectado com a roda solar 18 por meio de uma junta de estrias 34 que tem uma extensão axial, permitindo um deslocamento angular entre o eixo de entrada 16 e o eixo 38 da roda solar 18. Du-rante operação, o eixo principal 26 da caixa de marchas principal 6 irá, devido à sua elasticidade e características de amortecimento, dobrar sob certas condições de operação e tensão consideráveis. Quando a tensão sobre o eixo principal 26 cai, o eixo principal 26 irá reverter à sua forma original. O eixo de entrada 16 é equipado, em sua extremidade, com uma luva 36, que interage internamente com a circunfe-rência de uma seção do eixo 38 da roda planetária 18, através da junta de estrias 34. Graças ao deslocamento angular permitido na junta de estrias 34, a roda solar 18 não será impactada pela dobra do eixo principal 26, o que reduz a tensão sobre os dentes 32 da roda solar 18. A junta de estrias 34 implica que a engrenagem planetária 14 pode ser ajustada e desmontada sobre o eixo de entrada 16 em uma só peça. Consequentemente, os custos de reparo podem ser reduzidos, uma vez que o tempo requerido para reparos é reduzido.

[0046] Uma primeira luva de acoplamento deslocável axialmente 40 é disposta para desconectar um eixo de entrada 16 à caixa de marchas 2 a partir do portador de roda planetária 20 na posição de primeira marcha e é disposta para conectar o eixo de entrada 16 com o portador de roda planetária 20 na posição de segunda marcha. Uma segunda luva de acoplamento deslocável axialmente 42 é disposta para conectar o alojamento da caixa de marchas 12, circundando a caixa de marchas planetária 14 com a engrenagem anelar 22 na posição de primeira marcha e é disposta de modo a desconectar o alojanento de caixa de marchas 12 da engrena-gem anelar 22 na posição de segunda marcha.

[0047] A primeira luva de acoplamento que pode se deslocar axialmente 40 é equipada com primeiras estrias 44 sobre uma superfície interior, cujas estrias são dispostas para interagir com as estrias correspondentes 44 dispostas sobre o eixo de entrada 16 e o portador de roda planetária 20. As primeiras estrias corresponden-tes 44 dispostas sobre o eixo de entrada 16 são dispostas sobre a periferia de um primeiro aro 46, que é montado em um modo de torção rápida sobre o eixo de entrada 16. As primeiras estrias correspondentes dispostas no portador de roda planetária 20 são dispostas sobre a periferia de um segundo aro 48, que é montado em modo de torção rápida no portador de roda planetária 20.

[0048] O número de primeiras estrias 44 sobre a primeira luva de acoplamento deslocável axialmente 40 e sobre o eixo de entrada 16 excede, preferivelmentge o número de dentes 32 sobre a engrenagem anelar 22. Assim, um grande número de posições travadas determinadas entre a primeira luva de acoplamento 40 e a engre-nagem anelar 22 é obtido, o que implica que um grande número de facetas podem ser formadas sobre os flancos do dente 32 das rodas dentadas 18, 22, 24. As facetas irão, contudo se situar perto uma da outra, de modo que elas em conjunto serão percebidas como uma superfície essencialmente uniforme dos dentes 32. As facetas, então não impactam o funcionamento da caixa de marchas 2 e não têm impacto significativo sobre a vida útil das rodas dentadas 18, 22, 24.

[0049] A segunda luva de acoplamento deslocável axialmente 42 é equipada com segundas estrias 50 sobre uma superfície interior, cujas estrias são dispostas para interagir com segundas estrias correspondentes 50, dispostas na periferia da engrenagem anelar 22 e sobre uma saliência 52, que é conectada de modo fixo com o alojamento de caixa de marchas 12.

[0050] Um batente axial 54, montado sobre o portador de roda planetária 20, é disposto para topar contra a roda de anel 22, cujo batente axial 54 impede que a en-grenagem anelar 22 seja deslocada axialmente. O batente axial 54 pode consistir de uma placa em forma de disco, a qual, por meio de primeiro mancal axial 56 é mon-tada sobre o primeiro portador de roda planetária 20. O batente axial 54 é rotativo em relação ao portador de roda planetária 20 e ao eixo de entrada 16, e segue a rotação da engrenagem anelar 22. O batente axial 54 implica que a engrenagem anelar 22 seja fixada de modo axial, e que o mancal axial da caixa de marchas 2 do eixo de entrada 16 seja submetido a menos tensão, quando as rodas dentadas 18, 22, 24 são equipadas com dentes oblíquos. Um segundo mancal axial 57 pode ser disposto entre o eixo 38 da roda solar 18 e o portador de roda planetária 20, para absorver as forças axiais que surgem na roda solar 18.

[0051] A marcha baixa da caixa de marchas 2 é obtida por meio de deslocamento axial da primeira luva de acoplamento 40, para desconectar o portador de roda planetária 20 do eixo de entrada 16, ao mesmo tempo que, ou em estreita conexão com deslocamento da segunda luva de acoplamento 42, de modo que a engrenagem anelar 22 é conectada ao alojamento da caixa de marchas 12. O deslocamento axial da primeira e segunda luva 40, 42 é conseguido com um primeiro e segundo garfo de mudança 58, 60, os quais estão dispostos em uma ranhura circunferencial 62 do lado de fora das respectivas primeira e segunda luvas de acoplamento 40, 42. O primeiro garfo de mudança 58 é impactado por um primeiro elemento de energia 64, e o segundo garfo de mudança 60 é impactado por um segundo elemento de energia 66. O primeiro e segundo elementos de energia 64, 66 podem consistir de um cilindro pneumático ou um cilindro hidráulico. O primeiro e segundo garfos de mudança 58, 60 e os primeiro e segundo elementos de energia 64, 66 estão desenhados esquematicamente na Fig. 2.

[0052] Preferivelmente, as respectivas luvas 40, 42 têm uma pequena massa, o que implica que a baixa energia e potência são gastas ao mover as respectivas luvas 40, 42 quando mudando marchas. Assim, uma mudança rápida pode ser efetuada entre as diferentes posições de marcha na caixa de marchas 2, durante um curto período de tempo.

[0053] A figura 3 mostra uma vista em corte da caixa de marchas 2 de acordo com a invenção, na posição de segunda marcha ou a posição de faixa alta, na qual a primeira luva de acoplamento 40 foi deslocada para a esquerda na figura 3, para conectar o eixo de entrada 16 com o portador de roda planetária 20. A segunda luva de acoplamento 42 foi deslocada para a esquerda na figura 3, para desconectar a engrenagem anelar 22 do alojamento de caixa de marchas 12. A segunda luva de acoplamento 42 será, consequentemente, conectada apenas com o alojamento da caixa de marchas 12, o que significa que a segunda luva de acoplamento 42 chega a uma paralização e não irá impactar forças de inércia na caixa de marchas principal 6 na rotação da engrenagem anelar 22. Transmissão de torque a partir do eixo de entrada 16 para o eixo de saída 28, portanto, tem lugar através do eixo de entrada 16 e do portador de roda planetária 20, e ainda para o eixo de saída 28, de modo que a relação de engrenamento através da engrenagem planetária 14 se torna 1:1.

[0054] A caixa de marchas 2 de acordo com a invenção funciona como a seguir, em conexão com mudar da posição de primeira para segunda marcha, o que quer dizer da posição de faixa baixa para a posição de faixa alta, e será descrito em conexão com as figuras 2 e 3. Na figura 2, a caixa de marchas 2 foi deslocada para uma posição de faixa baixa, o que significa que a primeira luva de acoplamento 40 foi movida para uma posição que desconecta o eixo de entrada 16 do portador de roda planetária 20. A primeira luva de acoplamento 40 nâo irá impactar as forças de inércia de massa da caixa de marchas principal 6 quando o eixo de entrada 16 gira. A segunda luva de acoplamento 42 foi movida para uma posição que conecta a en-grenagem anelar 22 com o alojamento da caixa de marchas 12. Assim, a caixa de marchas 2 opera na posição de faixa baixa, na qual ocorre uma mudança para baixo através da engrenagem planetária 14. O processo de mudança a partir da posição de faixa baixa para a posição de faixa alta ocorre por meio de desconexão da segunda luva de acoplamento 42 da primeira engrenagem anelar 22, quando transmissão de torque entre a engrenagem anelar 22 e o alojamento da caixa de marchas 12 cessa, o que é conseguido por meio da desconexão do motor de combustão 4 da caixa de marchas principal 6, por meio de uma embreagem 68 disposta entre eles. Aternativamente, o motor de combustão 4 é controlado de tal modo que o equilíbrio de torque entre a engrenagem anelar 22 e o alojamento da caixa de marchas 12 é gerado. Quando a segunda luva de acoplamento 42 não mais transmite qualquer torque, o deslocamento axial da segunda luva de acoplamento 42 é facilitado. Simul-taneamente, ou depois de um período de tempo pré-determinado, a primeira luva de acoplamento 40 deve ser deslocada pelo primeiro garfo de mudança 58 para conec-tar o portador de roda planetária 20 com o eixo de entrada 16. Isto é conseguido controlando o motor de combustão 4 de tal modo que o eixo de entrada 16 gira a uma velocidade de rotação adaptada à velocidade do portador de roda planetária 20. Quando o eixo de entrada 16 e o portador de roda planetária 20 giram com a mesma velocidade, a primeira luva de acoplamento 40 pode engatar com as primeiras estrias 44, adaptadas sobre o eixo de entrada 16. Consequentemente, a caixa de marchas 2 opera na posição de faixa alta.

[0055] Para deslocar para uma posição de faixa baixa, a primeira luva de aco-plamento 40 deve ser deslocada pelo primeiro garfo de mudança 58, para a direita na figura 3, para desconectar o portador de roda planetária 20 do eixo de entrada 16. Isto é facilitado cessando a transmissão do torque entre o eixo de entrada 16 e o portador de roda planetária 20, o que é conseguido por meio de desconectar o motor de combustão 4 da caixa de marchas principal 6, por meio da embreagem 68. Alter-nativamente, o motor de combustão 4 é controlado de tal modo que o equilíbrio de torque entre o eixo de entrada 16 e o portador de roda planetária 20 é gerado. Quando a primeira luva de acoplamento 40 não transmite qualquér torque, o deslo-camento axial da primeira luva de acoplamento 40 é facilitado. Ao mesmo tempo, ou depois de um período de tempo pré-determinado, uma segunda luva 42 deve ser deslocada pelo segundo garfo de mudança 60 em uma direção no sentido da engre-nagem anelar 22 para conectar a engrenagem anelar 22 com o alojamento da caixa de marchas 12. Uma vez que a segunda luva de acoplamento 42 está em uma pa-rada, a engrenagem anelar 22 deve ser trazida para uma posição parada antes que ocorra a conexão entre a segunda luva de acoplamento 42 e a engrenagem anelar 22. Isto é conseguido controlando o motor de combustão 4 de tal modo que o eixo de entrada 16 gira a uma velocidade que está adaptada às velocidades de rotação do portador de roda planetária 20 e da roda planetária 24, o que implica que a en-grenagem anelar 22 iré permanecer em uma parada. Quando a engrenagem anelar 22 está parada, a segunda luva de acoplamento 42 pode engatar com as segundas estrias 50, adaptadas na engrenagem anelar 22. Assim, a caixa de velocidades 2 opera na posição de faixa baixa, na qual ocorre uma mudança para baixo através da caixa de marchas 2.

[0056] Um dispositivo de controle eletrônico 70 é conectado à caixa de marchas 2, à caixa de marchas principal 6, ao motor de combustão 4 e à embreagem 68, para realizar as etapas de engrenamento acima. Preferivelmente, um número de sensores de velocidade, não apresentado, na caixa de marchas 2, na caixa de marchas principal 6 e no motor de combustão 4, podem ser ligados ao dispositivo de controle. Outro computador 72 pode também ser conectado ao dispositivo de controle 70. O dispositivo de controle 70 pode ser um computador com software adequado para esta finalidade. O dispositivo de controle 70 e/ou o computador 72 compreende um programa de computador P, o qual pode compreender procedimentos para controlar a caixa de marchas 2 de acordo com a presente invenção. O programa P pode ser armazenado em uma maneira executável, ou em uma maneira comprimida, em uma memória M e/ou uma memória R de leitura/escrita. Preferivelmente, um produto pro-grama de computador é fornecido, compreendendo código de programa armazenado em um meio legível por um computador, para realizar as etapas de engrenamen- to especificadas acima, quando dito código de programa é executado no dispositivo de controle 70, ou em outro computador 72 conectado ao dispositivo de controle 70. Dito código de programa pode ser armazenado em uma maneira não volátil sobre dito meio legível por computador.

[0057] A caixa de marchas descrita acima 2 é vantajosa do ponto de vista de fa-bricação e montagem, uma vez que o processamento requerido de peças compo-nentes é simples e o número de componentes do veículo é pequeno. O projeto é tal que a necessidade de espaço em uma direção axial, bem como na direção radial e pequena. A caixa de marchas 2 descrita pode também ser utilizada em outros con-textos diferentes de como descritos acima. Assim, e possível utilizá-la para, por exemplo, caixas de marchas automáticas hidráulicas, onde varias caixas de marchas com engrenagens planetarias estão conectadas umas com as outras.

[0058] De acordo com uma modalidade da invenção, é possível dispôr um primeiro anel de acoplamento (não apresentado) e, pelo menos, um primeiro anel de sincronização (não apresentado) entre a primeira luva de acoplamento 40 e o porta-dor de roda planetária 20, cuja primeira luva de acoplamento 40 é disposta de modo a ser conectada com o primeiro anel de acoplamento na posição de primeira mar- cha. Consequentemente, uma sincronização mecânica entre o eixo de entrada 16 e o portador de roda planetária 20 pode ser conseguida. De modo similar, um segundo anel de engate (não apresentado) e, pelo menos, um segundo anel de sincronização (não apresentado) podem ser dispostos entre a segunda luva de acoplamento 42 e a engrenagem anelar 22, cuja segunda luva de acoplamento 42 é disposta para ser conectada com o primeiro anel de acoplamento (não apresentado) na posição de primeira marcha. Consequentemente, uma sincronização mecânica pode ser obtida entre a engrenagem anelar 22 e o alojamento da caixa de marchas 12. A funcionali-dade da caixa de marchas 2 de acordo com esta modalidade funciona da mesma maneira como com as luvas de acoplamento 40, 42, sem sincronização, mas ao in-vés de gerar equilíbrio de torque com o motor de combustão 4, e cessar a transmissão de torque desconectando o motor de combustão 4, os anéis de acoplamento e os anéis de sincronização irão assegurar que a conexão e desconexão do eixo de entrada 16 e do portador de roda planetária 20 e da engrenagem anelar interna 22 e do alojamento da caixa de marchas 12, respectivamente seja possível.

[0059] Os componentes e características especificados acima podem, dentro da estrutura da invenção, ser combinados entre diferentes modalidades especificadas.

Claims

1. Caixa de marchas de um veículo, que compreende uma engrenagem planetária (14) com uma engrenagem anelar (22), uma roda solar (18) e um portador de roda planetária (20) sobre o qual, pelo menos, uma roda planetária (24) está mon-tada em modo rotativo, cuja engrenagem anelar (22) e roda solar (18) engatam com a pelo menos uma roda planetária (24) através de dentes (32); um eixo de entrada (16) para a caixa de marchas (2) está conectado com a roda solar (18), e o portador de roda planetária (20) está conectado com um eixo de saída (28) na caixa de marchas (2), uma primeira luva de acoplamento deslocável axialmente (40), que está disposta de modo a desconectar o eixo de entrada (16) para a caixa de marchas (2) do portador de roda planetária (20) na posição de primeira marcha, e para conectar o eixo de entrada (16) com o portador de roda planetária (20) na posição de segunda marcha; uma segunda luva de acoplamento deslocável axialmente (42) que está disposta para conectar um alojamento de caixa de marchas (12) que circunda a caixa de marchas planetária (14) com a engrenagem anelar (22) na posição de primeira marcha, e para desconectar o alojamento de caixa de marchas (12) a partir da engre-nagem anelar (22) na posição de segunda marcha, e um batente axial (54), montado sobre o portador de roda planetária (20), recosta contra e está conectado com a engrenagem anelar (22), cujo batente axial (54) impede que a engrenagem anelar (22) se desloque axialmente caracterizada pelo fato de que: o eixo de entrada (16) está conectado com a roda solar (18) através de uma junta de estrias (34) que tem uma extensão axial, permitindo um deslocamento angular entre o eixo de entrada (16) e o eixo (38) da roda solar (18).

2. Caixa de marchas de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a segunda luva de acoplamento deslocável axialmente (42) estar conectada ao alojamento de caixa de marchas (12) na posição de segunda marcha.

3. Caixa de marchas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pelo fato de a primeira luva de acoplamento deslocável axialmente (40) estar equipada com primeiras estrias (44) sobre uma superfície interior, cujas estrias estão dispostas para interagir com as primeiras estrias correspondentes (44) dispostas no eixo de entrada (16) e no portador de roda planetária (20).

4. Caixa de marchas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de a segunda luva de acoplamento deslocável axialmente (42) estar equipada com as segundas estrias (50) sobre uma superfície interior, cujas estrias estão dispostas para interagir com as segundas estrias correspondentes (50) dispostas sobre a engrenagem anelar (22) e sobre o alojamento de caixa de marchas (12).

5. Caixa de marchas de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de o número de primeiras estrias (44) sobre a primeira luva de acoplamento des- locável axialmente (40) e sobre o eixo de entrada (16) exceder o número de dentes (32) na engrenagem anelar (22).

6. Caixa de marchas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de os dentes (32) da engrenagem anelar (22), da roda solar (18) e da pelo menos uma roda planetária (24) serem adaptados como dentes oblí-quos (32) e se estenderem por um ângulo em relação ao eixo geométrico de rotação (30) da engrenagem planetária (14).

7. Caixa de marchas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de a caixa de marchas (2) ser uma caixa de faixa de mar-chas, e em que o eixo de entrada (16) está conectado a uma caixa de marchas prin-cipal (6).

8. Veículo (1), caracterizado pelo fato de compreender uma caixa de mar-chas (2) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.