ITTO980672A1 - Innesto sincronizzato per un cambio di velocita' di un veicolo. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad un innesto sincronizzato per un cambio di velocità di un veicolo.

Nei cambi di velocità per veicoli è noto utilizzare un innesto sincronizzato per collegare angolarmente una ruota folle ad un rispettivo albero. Tipicamente, un innesto è interposto tra due ruote dentate ed è atto a collegare selettivamente all'albero le ruote stesse.

Sono noti innesti sincronizzati comprendenti un mozzo calettato sull'albero, una coppia di elementi di trascinamento disposti da parti assialmente opposte rispetto al mozzo, angolarmente solidali ad una relativa ruota dentata e provvisti di rispettive dentature esterne, ed un dispositivo di trasmissione del moto interposto tra il mozzo e gli elementi di trascinamento per attivare selettivamente gli elementi di trascinamento stessi.

Normalmente, il dispositivo di trasmissione moto comprende una coppia di anelli sincronizzatori interposti assialmente, ciascuno, tra il mozzo e il rispettivo elemento di trascinamento. Gli anelli sincronizzatori presentano rispettive superfici coniche di attrito atte a cooperare, in uso, con corrispondenti superfici coniugate di attrito dei rispettivi elementi di trascinamento, e sono provvisti di rispettive dentature esterne.

Il dispositivo di trasmissione comprende, infine, un manicotto di selezione, il quale è solidale angolarmente con il mozzo mediante una propria dentatura interna, ed è mobile assialmente da parti opposte dello stesso mozzo, per eseguire rispettive corse di innesto. In ciascuna corsa dì innesto, la suddetta dentatura interna del manicotto impegna dapprima la dentatura esterna dell'anello sincronizzatore e poi la dentatura esterna dell'elemento di trascinamento, quando la velocità relativa di quest'ultimo rispetto all'anello sincronizzatore si annulla per effetto del contatto ad attrito tra le rispettive superfici di attrito coniugate .

Gli innesti sincronizzati noti del tipo sopra descritto, anche se ampiamente utilizzati, presentano l'inconveniente di richiedere un tempo relativamente elevato di innesto e sforzi assiali variabili e, in alcuni casi, relativamente elevati in particolare durante le fasi finali della corsa di innesto.

Ciò è imputabile, in particolare, al possibile impuntamento del manicotto rispetto al relativo elemento di trascinamento durante la fase di allineamento angolare delle rispettive dentature. Infatti, i denti di tali dentature sono normalmente provvisti di estremità assiali rastremate, a fianchi inclinati, per facilitare l'imbocco e quindi l'allineamento. Le forze resistenti agenti tangenzialmente sull'elemento di trascinamento in verso opposto alla sua velocità di rotazione, a seconda del fianco dei denti su cui avviene il contatto all'imbocco, possono favorire l'allineamento o opporsi ad esso, determinando di volta in volta sforzi di azionamento variabili. Nel caso sfavorevole, tali forze resistenti si traducono in un aumento dello sforzo assiale di azionamento. Inoltre, negli innesti sincronizzati noti si manifesta il fenomeno noto come "doppio scatto", ovvero in ciascuna corsa di innesto si presentano una diminuzione del carico assiale al termine dell'allineamento tra la dentatura del manicotto e la dentatura dell'anello sincronizzatore, e poi un incremento del carico stesso a causa del successivo allineamento tra la dentatura del manicotto stesso e la dentatura dell'elemento di trascinamento.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un innesto sincronizzato per un cambio di velocità di un veicolo, il quale permetta di risolvere in maniera semplice ed economica i problemi sopra esposti.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un innesto sincronizzato per un cambio di velocità di un veicolo comprendente un albero e almeno una ruota dentata coassiale rispetto all'albero stesso e folle rispetto ad esso, l'innesto comprendendo un mozzo, calettato solidalmente sul detto albero; mezzi di trascinamento interposti tra la detta ruota dentata e il detto mozzo, detti mezzi di trascinamento essendo solidali alla detta ruota dentata e comprendendo una superficie conica di attrito e una dentatura cilindrica esterna; almeno un anello sincronizzatore, interposto tra il detto mozzo e i detti mezzi di trascinamento e comprendente una superficie conica di attrito coniugata alla superficie conica di attrito dei detti mezzi di trascinamento e una dentatura cilindrica esterna; e un manicotto di selezione angolarmente solidale e assialmente libero rispetto al detto mozzo e presentante una dentatura cilindrica interna atta a impegnare le dentature del detto anello sincronizzatore e dei detti mezzi di trascinamento; caratterizzato dal fatto che le dentature del detto manicotto di selezione e dei detti mezzi di trascinamento presentano, ciascuna, una prima e una seconda pluralità di denti, ì denti delle dette prime pluralità di denti essendo assialmente sporgenti rispetto ai denti delle dette seconde pluralità di denti.

1/ invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

la figura 1 illustra una sezione di'una preferita forma di attuazione di un innesto sincronizzato per un cambio di velocità di un veicolo secondo la presente invenzione, associato ad un albero e ad una coppia di ruote dentate di un cambio di velocità;

la figura 2 è una vista in direzione radiale, in scala ingrandita e con parti asportate per chiarezza, di un settore dell'innesto sincronizzato durante una fase intermedia della manovra di innesto; e

la figura 3 è una figura analoga alla figura 2, che illustra l'innesto sincronizzato al termine della manovra di innesto.

Nella figura 1, con 1 è indicato un innesto sincronizzato facente parte di un cambio di velocità 2 (parzialmente illustrato) di un veicolo (non illustrato).

Il cambio di velocità 2 comprende un albero 3, un cui asse è indicato con 4 ed il quale presenta una porzione 5 intermedia scanalata, e una coppia di ruote 6 dentate montate angolarmente folli ed assialmente fisse sull'albero 3, da parti opposte della porzione 5 intermedia.

L'innesto 1 sincronizzato comprende un mozzo 7, di tipo noto, calettato sulla porzione 5 intermedia scanalata dell'albero 3 tramite una corrispondente porzione 8 anulare interna scanalata. L'innesto 1 comprende inoltre due anelli 9 sincronizzatori, anch'essi di tipo noto, disposti da parti assialmente opposte del mozzo 7 ed affacciati, ciascuno, ad una porzione 10 anulare intermedia rastremata del mozzo 7 stesso. Gli anelli 9 sono provvisti, ciascuno, di una superficie 18 conica interna di attrito. L'innesto 1 comprende inoltre due flange 14 di trascinamento disposte coassialmente all'albero 3 da parti opposte del mozzo 7 ed interposte, ciascuna, tra il rispettivo anello 9 sincronizzatore e la rispettiva ruota 6 dentata. Ciascuna flangia 14 è calettata, in modo noto, tramite un accoppiamento scanalato 15, sulla rispettiva ruota 6 dentata e presenta, inoltre, una porzione 16 anulare, la quale si estende assialmente verso il mozzo 7 all'interno del rispettivo anello 9 sincronizzatore e presenta, a sua volta, una superficie 17 esterna conica di attrito, cooperante, in uso, con la corrispondente superficie 18 interna conica di attrito del rispettivo anello 9 sincronizzatore.

Gli anelli 9 e le flange 14 presentano, infine, rispettive dentature 12, 21 cilindriche esterne a denti diritti.

Il mozzo 7 presenta una corona 23 anulare esterna che comprende una pluralità di dispositivi 24 di attivazione angolarmente equispaziati (di cui uno solo è illustrato in figura 1). Ciascun dispositivo 24 comprende una relativa fresatura 25 radiale, la quale è ricavata lungo la corona 23 anulare del mozzo 7 ed attraversa tutta la porzione 10 rastremata. Ciascun dispositivo 24 comprende, inoltre, una sfera 27 atta a scorrere nella fresatura 25 ed affacciata ad una coppia di spallamenti 26 disposti assialmente da parti opposte della sfera 27 stessa e facenti parte, ciascuno del relativo anello 9, ed una molla 28 ad elica disposta nella fresatura 25 e agente sulla sfera 27 in direzione radiale verso l'esterno.

La corona 23 anulare esterna del mozzo 7 comprende, infine, una dentatura 30 cilindrica esterna a denti diritti, sulla quale è montato scorrevole un manicotto 32 di selezione provvisto di una corrispondente dentatura 34 cilindrica interna a denti diritti.

Il manicotto 32 di selezione è angolarmente solidale al mozzo 7 e assialmente scorrevole tra una posizione intermedia di riposo o di "neutro", in cui la dentatura 34 impegna sia la dentatura 30 del mozzo 7 che la dentatura 12 di entrambi gli anelli 9 sincronizzatori, e due possibili posizioni operative assialmente da parti opposte della posizione di riposo, in cui la dentatura 34 impegna sia la dentatura 30 del mozzo 7 che le dentature 12 e 21 di un anello 9 sincronizzatore e della relativa flangia 14 di trascinamento. Nella dentatura 34 interna del manicotto 32 è ricavata una gola anulare 36 di arresto, atta ad essere impegnata parzialmente dalle sfere 27 quando il manicotto 32 è nella posizione di neutro. Il manicotto 32 comprende, infine, una pista 37 anulare esterna, atta ad essere impegnata da un organo di comando meccanico (non illustrato), ad esempio a forcella, per lo spostamento del manicotto 32 nelle relative posizioni di lavoro.

In riferimento alle figure 2 e 3, la dentatura 34 del manicotto 32 comprende una prima pluralità di denti 40 e una seconda pluralità di denti 44. I denti 40 sono sporgenti assialmente rispetto ai denti 44, angolarmente equidistanti tra loro, ed intervallati tra loro da una coppia di denti 44.

Ciascun dente 40 presenta, inoltre, una coppia di porzioni 48 terminali delimitate lateralmente da due relativi fianchi 49 e da una relativa superficie 50 di troncamento di estremità perpendicolare all'asse 4 e di larghezza pari allo spessore del dente 40; i fianchi 49 sono inclinati e convergenti tra loro a partire dalla superficie 50 verso l'interno del dente 40.

I denti 44 sono provvisti, ciascuno, di una coppia di relative porzioni 57 terminali, delimitate da relativi fianchi 58 e da due relative superfici 59 di invito di testa convergenti a spigolo vivo in corrispondenza della mezzeria longitudinale del dente 44. I fianchi 58 sono inclinati e convergenti tra loro a partire da rispettivi spigoli opposti delle superfici 59, i quali presentano una distanza relativa pari allo spessore del dente 44.

Analogamente, la dentatura 21 di ciascuna flangia 14 comprende una prima pluralità di denti 41 e una seconda pluralità di denti 45. I denti 41 presentano una lunghezza assiale maggiore dei denti 45 e sporgono rispetto ad essi verso il rispettivo anello 9 sincronizzatore. I denti 41 sono angolarmente equidistanti tra loro, ed intervallati da una coppia di denti 45.

I denti 41 e i denti 45 sono delimitati da rispettive coppie di fianchi 53, 54 e da rispettive superfici 55, 56 di troncamento. Le superfici 55, 56 presentano larghezza uguale tra loro e pari alla larghezza dei denti 40, 44 del manicotto 32.

I fianchi 53 o 54 di ciascun dente 41 o 45 convergono tra loro a partire dalla relativa superficie 55 o 56 di troncamento.

La dentatura 12 di ciascun anello 9 presenta un numero di denti 51 inferiore a quello dei denti delle dentature 21, 30, 34. I denti 51 presentano rispettive porzioni 52 assiali affacciate al mozzo 7 rastremate ad invito .

In uso, durante uno spostamento assiale del manicotto 32 a partire dalla posizione di neutro illustrata in figura 1, ciascuna sfera 27 riceve dalla gola anulare 36 una spinta assiale che trasmette ad uno dei due spallamenti 26 attivando il relativo anello 9 sincronizzatore, e scorre verso l'interno della rispettiva fresatura 25 contro l'azione della rispettiva molla 28. La dentatura 34 del manicotto 32 si disimpegna totalmente dalla dentatura 12 dell'anello 9 disattivo e la superficie 18 di attrito dell'anello 9 attivo inizia a cooperare ad attrito con la superficie 17 di attrito delle relativa flangia 14, annullando la velocità relativa tra la flangia 14 e l'anello 9.

La dentatura 12 dell'anello 9 attivo, per effetto del trascinamento relativo tra l'anello 9 stesso e la flangia 14, si disallinea rispetto alla dentatura 34 del manicotto 32, impedendone l'avanzamento diretto verso la flangia 14 fino al raggiungimento della condizione di sincronismo.

Dopo questa fase di attivazione e sincronizzazione, segue una fase di riallineamento tra la dentatura 34 del manicotto 32 e la dentatura 12 dell'anello 9 sincronizzatore attivo, cioè di variazione della posizione angolare relativa in modo da portare i denti 51 dell'anello 9 in corrispondenza dei vani tra i denti 40, 44 del manicotto 32 e permettere così l'ulteriore scorrimento assiale del manicotto 32.

Π riallineamento comporta la perdita parziale della sincronizzazione con la rispettiva flangia 14: con particolare riferimento alla figura 2, i denti 40 assialmente sporgenti del manicotto 32 hanno una elevata probabilità di inserirsi nei vani tra i corrispondenti denti 41 rssialmente sporgenti della flangia 14 e, dal momento che esiste una residua velocità relativa tra le dentature 21 e 34, i fianchi 49 dei denti 40 entrano in contatto tangenziale con i corrispondenti fianchi 53 dei denti 41. Ancora con riferimento alle figure 2 e 3, il profilo inclinato dei fianchi 49, 53 e dei fianchi 58, 54 determina una componente assiale di carico che favorisce, poi, l'innesto delle dentature 34 e 21 fino all'ingranamento completo (fig. 3}.

Nel caso in cui i denti 40 assialmente sporgenti del manicotto 32 si trovino assialmente allineati con i corrispondenti denti 41 assialmente sporgenti della flangia 14, la velocità angolare relativa residua consente di riportarsi immediatamente nel caso sopra esaminato .

Inoltre, le superfici 17 e 18 di attrito presentano una conicità superiore rispetto all'angolo di attrito, con una differenza tra le due grandezze maggiore od uguale ad un valore di soglia determinato secondo le diverse e specifiche condizioni funzionali in modo da rendere possibile la parziale perdita di sincronizzazione durante il riallineamento tra la dentatura 34 e la dentatura 12.

Da quanto precede appare evidente che l'innesto 1 sincronizzato descritto presenta e;-.trema facilità, gradualità e rapidità nell'innesto, in quanto la fase di allineamento della dentatura 34 del manicotto 32 con la dentatura 21 della relativa flangia 14 avviene in modo automatico per effetto dell'impegno tangenziale tra i denti 40, 41 assialmente sporgenti del manicotto 32 e della flangia 14, riducendo così gli sforzi di azionamento ed eliminando le variazioni di carico assiale. Il particolare profilo dei fianchi 49, 53 e dei fianchi 58, 54 è tale, inoltre, da facilitare ulteriormente l'innesto della trasmissione, in quanto permette di sfruttare positivamente le forze resistenti agenti sulla flangia 14 per ingranare senza ulteriori sforzi le dentature 34 e 21.

Da quanto precede appare, infine, evidente che all'innesto 1 sincronizzato descritto possono essere apportate modifiche e varianti che non esulano dal campo di protezione della presente invenzione. In particolare, i denti 40 e 41 potrebbero essere in numero minore dei denti 44 e, rispettivamente, 45, e in generale le dentature 34 e 21 potrebbero avere un profilo diverso da quello descritto a titolo di esempio, comunque atto a facilitare l'innesto delle stesse dentature 34 e 21. Infine, la dentatura 21 e la superficie 17 di attrito potrebbero essere realizzate direttamente sulle ruote 6 dentate senza l'interposizione delle flange 14.

Claims (1)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1.- Innesto (1) sincronizzato per un cambio di velocità (2) di un veicolo comprendente un albero (3) e almeno una ruota (6) dentata coassiale rispetto all'albero (3) stesso e folle rispetto ad esso, l'innesto (1) comprendendo un mozzo (7), calettato solidalmente sul detto albero (3); mezzi di trascinamento (14) interposti tra la detta ruota (6) dentata e il detto mozzo (7), detti mezzi di trascinamento (14) essendo solidali alla detta ruota (6) dentata e comprendendo una superficie (17) conica di attrito e una dentatura (21) cilindrica esterna; almeno un anello (9) sincronizzatore, interposto tra il detto mozzo (7) e i detti mezzi di trascinamento (14) e comprendente una superficie (18) conica di attrito coniugata alla superficie (17) conica di attrito dei detti mezzi di trascinamento (14) e una dentatura (12) cilindrica esterna; e un manicotto (32) di selezione angolarmente solidale e assialmente libero rispetto al detto mozzo (7) e presentante una dentatura (34) cilindrica interna atta a impegnare le dentature (12, 21) del detto anello (9) sincronizzatore e dei detti mezzi di trascinamento (14); caratterizzato dal fatto che le dentature (34, 21) del detto manicotto (32) di selezione e dei detti mezzi di trascinamento (14) presentano, ciascuna, almeno un primo dente (40, 41) ed una pluralità di secondi denti (44, 45), i detti primi denti (40, 41) essendo assialmente sporgenti rispetto alle dette pluralità di secondi denti (44, 45). 2.- Innesto sincronizzato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le dentature (34, 21) del detto manicotto (32) di selezione e dei detti mezzi di trascinamento (14) presentano, ciascuna, una prima pluralità di denti (40, 41) e una seconda pluralità di denti (44, 45), i denti (40, 41) delle dette prime pluralità di denti essendo assialmente sporgenti rispetto ai denti (44, 45) delle dette seconde pluralità di denti. 3.- Innesto sincronizzato secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i denti (40, 41) delle dette prime pluralità presentano, ciascuno, almeno una porzione (48, 41) terminale delimitata da una coppia di fianchi (49, 53) e da una superficie (50, 55) frontale di troncatura, i detti fianchi (49, 53) essendo convergenti tra loro a partire dalla detta superficie (50, 55) frontale di troncatura. 4.- Innesto sincronizzato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i denti (45) della seconda pluralità di denti della dentatura (21) dei detti mezzi di trascinamento (14) presentano, ciascuno, almeno una porzione (45) terminale delimitata da una coppia di fianchi (54) e da una superficie (56) frontale di troncatura, i detti fianchi (54) essendo convergenti tra loro a partire dalla detta superficie (56) frontale di troncatura. 5.- Innesto sincronizzato secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che i denti (44) della seconda pluralità (44) di denti della dentatura (34) del detto manicotto (32) di selezione presentano, ciascuno, almeno una porzione (57) terminale delimitata da una coppia di fianchi (58) e una coppia di superfici (59) frontali di invito di testa convergenti a spigolo vivo in corrispondenza della mezzeria longitudinale del dente (44), i detti fianchi (58) essendo convergenti tra loro a partire dalle dette superfici (59) frontali di invito. 6.- Innesto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta superficie (17) conica di attrito dei detti mezzi di trascinamento (14) e la detta superficie (18) conica di attrito del detto anello (9) sincronizzatore presentano una conicità superiore di un determinato valore di soglia rispetto all'angolo di attrito. 7.- Innesto (1) sincronizzato per un cambio di velocità (2) di un veicolo, sostanzialmente come descritto ed illustrato nelle figure allegate.