Brevet FR2138111A1 — publié le 19721229

i 2138111 72 17900 La présente invention concerne les dispositifs de couplage et les transformateurs de couple hydrocinétiques, notamment, les dispositifs de couplage-transformateurs décrits dans le brevet anglais n° 1 199 521 comprenant une roue motrice reliée 5 à un arbre d'entrée, une turbine de sortie reliée à un arbre de sortie, une deuxième turbine appelée turbine de circulation agencée pour être entraînée par le liquide depuis la roue motrice et un engrenage destiné à transmettre la puissance depuis la turbine de circulation à la roue motrice pour avoir une 10 circulation de puissance entre la turbine de circulation et la roue motrice, tant la turbine de circulation que la turbine de sortie étant entraînées par le moment du liquide conféré par la roue motrice. L'invention crée un dispositif de couplage-transformateur 15 de couple ayant une roue motrice reliée à un arbre d'entrée, une turbine de sortie reliée à un arbre de sortie, une turbine de circulation disposée dans le trajet d'écoulement, un premier engrenage et un deuxième engrenage, ce premier engrenage étant relié à la turbine de circulation, à la roue motrice et à l'ar-20 bre d'entrée, le deuxième engrenage étant relié au premier engrenage, à la turbine de sortie, à l'arbre de sortie et à une ~Jï§rti'ë~f'ixe pour permettre au deuxième engrenage de transmettre le couple multiplié à partir du premier engrenage à l'arbre de sortie et à la partie fixe pour la réaction, la turbine de cir-25 culation tournant toujours quand la roue motrice tourne dans la même direction et à une vitesse inférieure à celle de la roue motrice dans une zone de vitesse inférieurs de la gamme des vitesses de l'arbre de sortie et à une vitesse supérieure à celle de la roue motrice dans une zone de vitesse supérieure de cette 30 gamme. La turbine de circulation est entraînée par le moment du liquide conféré par la roue motrice et transmet la puissance au moyen des engrenages à l'arrière de la roue motrice et à l'arbre de sortie quand cet arbre est en mouvement. 35 Quand l'arbre de sortie est fixe comme au blocage,la tur bine de circulation applique un couple de commande à l'arbre de sortie. Les engrenages comprennent un élément de réaction qui applique un couple de réaction à une partie fixe. Les engrenages 72 17900 2 2138111 pemettenl; à. la turbine de circulation de tourner à des vitesse» vstrtaM.es par rapport à la vitesse de la roue motrice et de l'arbre d* entrée. Au blocage, la turbine de circulation tourne à une vitesse inférieure à celle de la roue motrice et à une 5 une vitesse supérieure lorsque le couplage est approché. La turbine de circulation tourne à la mime vitesse que la roue motrice et que l'arbre d'enirrèe, à un certain rapport de vitesse intermédiaire entre les arbres d'entrée et de sortie. L'engrenage peut se composer ou être constitué d'un engrenage denté. 10 L'élément de réaction peut être relié à une partie fixe au moyen d'un organe d'arrêt qui peut être actionné pendant le couplage pour permettre au liquide à partir de la roue motrice de s'écouler à travers la turbine de circulation avec peu de modification dans le moment et peu de gène. 15 L'appareil comprend une roue motrice et une turbine de cir culation mais peut également comporter des éléments supplémentaires comme une turbine et un réacteur. Un réacteur n'est pas essentiel dans toutes les formes de l'invention. Les lames de la turbine de circulation peuvent être pivo-20 taes et les angles peuvent varier pendant le fonctionnement. L'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. 1 est une coupe schématique d'un transformateur de couple réalisé suivant l'invention. 25 La fig. 2 est une coupe du transformateur de couple avec un engrenage réversible pour un véhicule à moteur. La fig. 3 est un graphique montrant le comportement du transformateur de couple de l'invention, dans cette figure A signifie rapport du couple, B vitesse d'entrée, C efficacité et D 30 rapport de vitesse. La fig. 4- est un graphique montrant les vitesses variables de la turbine de circulation ÏC et de la roue motrice I en fonction de la vitesse de sortie O. La fig. 5 est une vue analogue à la fig. 1 mais montrant un 35 mode de réalisation modifié. A la fig. 1, on a représenté un arbre d'entrée 10 et un arbre ' 3 2138111 72 17900 tie ï est reliée à l'arbre de sortie 21 au moyen d'un support d* ëûgrenagës 25 et un réacteur R est prévu pour réagir sur une partie-fixe 20 par l'intermédiaire d'un dispositif de réaction sous la forme d*un dispositif d'arrêt 19 à une voie. 5 Le logement rotatif 11 supporte une couronne 24 qui vient en prise avec plusieurs pignons 12 et qui tourne avec une roue solaire 13. Un support 16 dans lequel les pignons 12 sont montés, forme une partie de la plaque 34 qui supporte la turbine de circulation TC. Les parties 12, 13, 16 et 24 constituent un pre-10 miér engrenage qui est un engrenage épicyclique. La roue solaire 13 est fixée à une roue solaire 14 qui vient en prise avec des pignons 17 qui s'engrènent avec une roue solaire 15 q.ui peut réagir sur une partie fixe 20 par l'intermédiaire d'un dispositif de réaction sous la forme d'un organe 15 d'arrêt à une voie 18. Les pignons 17 sont montés dans un support 25. Les parties 14, 15, 17, 25 et 18 constituent un deuxième engrenage qui est un engrenage différentiel. Le support 25 est relié à l'arbre de sortie 21 du transformateur et sert également à supporter la turbine I et à la re- Les lames de la turbine de circulation TC ou certaines d'entre elles, sont montées sur des broches 22 et sont fixées de manière élastique comme avec des ressorts 23. Des butées peuvent être prévues pour limiter la variation de l'angle. 25 Dans les modes de réalisation représentés aux fig. 1 et 2, les mêmes symboles de référence désignent des parties identiques. Â la fig. 2, un logement fixe 30 entoure le transformateur de couple et supporte des paliers pour les diverses parties rotatives. L'arbre d'entrée 10 supporte une plaque 31 qui est vis-30 sée par des boulons 32 au logement rotatif 11. La partie postérieure du logement 11 est fixée par des vis 34 à la roue motrice I et à une bride 35 sur un arbre creux 36 qui est supporté dans un palier 37 du logement fixe 30. Le logement rotatif 11 fournit un palier pour un ergot 40 35 sur l'extrémité antérieure de l'arbre de sortie 21. Le logement 11 supporte également la couronne 24. Les pignons 13, 14 sont formés de "manière solidaire sur un élément 41 et le pignon 14 vient en prise avec un pignon (non représenté) analogue au pignon 17 dë la fig. 1, ce dernier engrenant avec un pignon 17 A t 2138111' 72 17900 dont la "broche 17 B est supportée sur une plaque 43 qui constitue une partie de l'élément 25 et qui est fixée par des vis 44 à la turbine T. La plaque 43, 25 présente un manchon 46 cla-veté sur l'arbre de sortie 21. 5 La turbine de circulation TC est fixée par des vis 50 à une plaque 51 qui supporte les broches des pignons 12. L'élément de réaction H est claveté en 53 à l'enveloppe extérieure 54 de l'organe d'arrêt 19 qui comporte des éléments 55 venant en prise avec un manchon interne 58 de l'organe d'ar-10 rêt 19 qui est claveté sur un manchon 59. Le manchon 59 est fixé par des vis 60 à une plaque 61 qui à son tour est fixée par les vis 62 au logement 30. Le manchon 58 sert également pour l'organe d'arrêt 18 qui comprend des éléments 65 dans une enveloppe extérieure 66 qui 15 est fisée par des dents 67 au pignon 15. La turbine de circulation TC supporte également des broches 76 sur lesquelles des poids 75 sont montés et sont maintenus dans une position vers l'intérieur par des ressorts 73. Des bras 77 faisant partie des poids viennent au contact de fentes 20 dans une bague 78. Les broches 22 comportent également des bras 72 qui viennent au contact d'autres fentes dans la bague 78. Etant donné que les poids se déplacent à l'extérieur avec une vitesse s'accroissant, les bras 77 font tourner la bague qui agit sur les bras 72 pour faire tourner les broches 22 afin de faire 25 varier l'angle des lames. L'angle des lames peut être modifié par d'autres dispositifs ou par un dispositif supplémentaire comme par exemple au moyen d'un piston sur lequel une pression de fluide variable agit. L'élément TC peut, à titre de variante, renfermer des lames 30 fixes. Le manchon 36 entraîne une pompe 79, 80 qui a une soupape de libération 8l, un ressort 82 et un organe d'échappement 83 pour maintenir le transformateur chargé à une pression choisie. Une transmission réversible est prévue derrière le transforma-35 teur comprenant une roue solaire 84 clavetée sur l'arbre de sortie 21 du transformateur et venant en prise avec des pignons 85. Les pignons 85 engrènent avec d'autres pignons (non représentés) qui viennent en prise avec une roue solaire 86 qui est clavetée sur l'arbre de sortie final 87. 72 17900 5 2138111 Les pignons 85 sont supportés sur des broches 88 qui, à leur tour, sont portées par une cage 89 sur un manchon 90. Un autre manchon 91 entoure le manchon 90 et est fixé à celui-ci. Un manchon denté 92 peut coulisser sur le manchon 91 et ses cla-5 vettes 94 peuvent venir en prise avec les dents fixes 98 pour l'inversion ou avec les dents 99 pour l'avance vers l'avant quand les roues solaires et les pignons sonc bloqués vis-à-vis de la rotation relative. Le manchon 92 comporte également des dents 97 qui peuvent venir au contact de dents fixes 100 pour 10 un blocage dit stationnaire. Les dents 99 se trouvent sur an pignon 103 fixé sur l'arbre de sortie final 87. Un bloc de synchronisation 104 est claveté sur le manchon 92 et est placé sur celui-ci par une bille 105 soumise à un ressort (on peut prévoir plusieurs billes) venant au contact 15 de rainures 114 dans le manchon 92. Les bagues 106, 107 sont fixées au logement de la transmission. On prévoit un arbre 110 supportant une fourchette 111 pour déplacer le manchon 92 et un dispositif d'arrêt 112 pour mettre le manchon dans la position inverse, neutre, en avant et sta-20 tionnaire. Lorsqu'il est engagé en avant ou en arrière à partir du neutre, le bloc 104 est amené au contact soit de la bague 106 soit de la bague 107 et du fait de la pression nécessaire pour déplacer la bille soumise à un ressort ou les billes 105 de la rainure 114, la friction entre le bloc 104 et l'une ou l'autre 25 des bagues 106 ou 107, provoque que la cage 89 et le manchon 92 soient amenés au repos afin que l'une ou l'autre des dents 98 ou 99 puisse être mise en prise sans bruit ni choc. Lorsque la sélection est vers l'avant, la bille 105 place le bloc afin qu'il ne vienne pas au contact soit de la bague 106, 30 soit de la bague 107. Les dents pour le blocage stationnaire sont d'une forme appropriée pour aider au dégagement. La commande avant-arrière peut comporter un commutateur pour couper l'allumage du moteur d'entrée afin de faciliter le dégagement des dent" 98, 99. 35 II y a lieu de remarquer que l'invention s'applique aux transformateurs de couple et aux couplages de transformateurs de couple suivant différentes façons et en combinaison avec divers éléments. Lors du fonctionnement de l'appareil des fig. 1 et 2, l'ar S 2138111' 72 17900 bre 10 entraîne la roue motrice I. Le liquide quittant la roue motrice entraîne la turbine de circulation TC de sorte que cette dernière tourne toujours quand la roue motrice tourne et dans la même direction. Le liquide quittant la turbine de circula-5 tion commande la turbine de sortie T. Le couple engendré sur la turbine de circulation TC agit sur les pignons 12 qui fournissent le couple sur la couronne 24 et la roue solaire 13. Le couple sur la couronne 24 agit sur la roue motrice I en fournissant une circulation de puissance et en augmentant fortement le couple 10 entraînant la roue motrice par exemple au moyen du premier engrenage ce qui a pour effet d'accroitre sa vitesse et celle de l'arbre d'entrée. Le couple sur la roue solaire 13 est transmis par le deuxième engrenage 14, 15, 17 à l'arbre de sortie et au dispositif de réaction 18. Le deuxième engrenage augmente le cou-15 pie agissant sur l'arbre de sortie. La puissance transmise par la turbine de circulation peut varier en modifiant l'angle de ses lames. Les vitesses d'entrée et le couple appliqués à l'arbre de sortie, peuvent donc varier. Si la roue solaire du premier engrenage est réalisée plus 20 grande par rapport à la dimension de la couronne, moins de puissance peut être amenée à la roue motrice et un plus grand couple pour une puissance d'entrée donnée est appliqué au deuxième engrenage et à l'arbre de sortie du transformateur. Si la roue solaire 14 est réalisée plus petite ou si la 25 roue solaire 15 est réalisée plus grande, on obtient une plus grande réaction en 18 et un couple accru en 21. Cependant, il y a lieu de remarquer à partir de la fig. 4, que le premier et le deuxième engrenages permettent à la turbine de circulation de se déplacer plus lentement que la roue mo-30 trice au blocage (c'est-à-dire quand l'abre de sortie est fixe) et à des vitesses plus faibles de l'arbre de sortie et avec un déplacement plus rapide que la roue motrice au couplage ainsi qu'à des vitesses plus élevées de l'arbre de sortie.Il convient de noter que les rapports fournis par les engrenages déterminent 35 les vitesses auxquelles la turbine de circulation peut se déplacer. Dans l'appareil du brevet anglais n° 1.199.521, la turbine de circulation se déplace toujours plus vite que la roue motrice et on a trouvé qu'elle est très efficace à des vitesses su- 72 17900 7 21381 11 ' périeures de l'arbre de sortie. La présente invention fournit une plus grande circulation de la puissance au blocage et aux vitesses inférieures. Le couple à partir de la turbine de circulation est fonction de la différence entre la vitesse tangentiel-5 le du fluide à l'entrée et à la sortie. Quand la turbine de circulation se déplace plus lentement que la roue motrice, la différence est plus grande et la turbine de circulation engendre un couple plus important. Une partie du couple est également transmise par les engrenages à l'arbre de sortie. La transformation 10 maximale du couple et l'efficacité à faible vitesse sont donc, par conséquent essentiellement accrues. Aux vitesses supérieures, la turbine de circulation se déplace plus vite que la roue motrice de sorte qu'au couplage la turbine de circulation peut ralentir et devenir donc inefficace, 15 c'est-à-dire que le fluide peut la traverser sans changement important dans la vitesse. A titre d'exemple à la puissance maximale, la transformation du couple peut avoir lieu à des rapports de vitesse étroits entre les arbres d'entrée et de sortie et si la puissance est réduite, la turbine de circulation peut ralen--20 tir en permettant au couplage d'avoir lieu. A la fig. 4, I est la vitesse de la roue motrice, et CT la vitesse de la turbine de circulation et il convient de remarquer que les différences de vitesse ne sont jamais importantes. Par conséquent, la turbine de circulation peut être efficace sur une 25 grande gamme des vitesses de sortie de l'arbre. En raison de la différence de vitesse relativement faible et de la réaction obtenue en 18, la transformation du couple peut être réalisée aux vitesses supérieures et à des rapports de vitesses plus étroits qu'à partir du réacteur R. Les réactions augmentées tant en 18 30 qu'en 19, fournissent des couples accrus et une efficacité supérieure à ce qui pouvait être obtenu précédemment. Quand les poids 35 tournent avec la turbine de circulation qui se déplace plus lentement au blocage qu'au couplage (voir fig. 4), il y a une variation considérable dans la force centri-35 fuge et les poids peuvent être disposés pour permettre aux lames de s'ouvrir suivant leurs plus grands angles au blocage et de se déplacer progressivement vers un angle plus petit car la vitesse de sortie augmente. . Ceci est, en général, désiré pour maintenir la vitesse 72 17900 8 2138111 d'entrée constante ou pour avoir une augmentation avec l'accroissement dans les vitesses de l'arbre de sortie. La turbine de circulation peut comporter des lames fixes par exemple quand un réacteur R n'est pas incorporé. Le premier 5 et le deuxième engrenages peuvent être de tout type convenable par exemple il. peut s'agir de commandes à courroies ou à friction disposées à l'intérieur ou à l'extérieur du transformateur. Le premier et le deuxième engrenage peuvent se composer d'engrenages à friction analogues à des roulements à billes. 10 L'agencement représenté à la fig. 5 comprend deux arbres de sortie et est approprié pour une commande à 4 roues. Dans le mode de réalisation représenté à la fig. 5, la roue solaire 13 est montée sur un arbre 100 qui supporte la deuxième roue solaire 14. Le support 25 est disposé sur un arbre creux 116 qui entoure 15 l'arbre 115 et qui supporte une roue 117 qui entraîne une roue 118 sur un deuxième arbre de sortie 119. Les pignons 17 sont supportés par un support 25 A sur l'arbre de sortie 21. Au blocage, le couple en 25 peut, par exemple, représenter les deux tiers du total, et en 25 A un tiers du total conformé-20 ment aux rapports des engrenages. Dans la condition de couplage, tout le couple de sortie agit en 25. Avec un rapport de transmission de 2:1, la répartition du couple reste approximativement de deux tiers et d'un tiers comme au blocage, par la suite.une plus grande partie du couple agit en 25 lorsque le rapport de 25 transmission diminue, par exemple à peu près au trois quart en 25 et au quart en 25 A lors d'un rapport de transmission de 1,5:1. Ce type de répartition du couple aux roues avant et arrière est, en général, comme désiré. Un freinage poussé du moteur agit en 25 seulement dans l'a-30 gencement représenté. Avec le mode de réalisation représenté à la fig. 5, si un groupe des roues glisse, un coaple réduit agit sur l'autre groupe mais le moteur ne s'emballe pas car le rapport de transmission est réduit. 35 Des dispositifs comme des embrayages dans les commandes à 4 roues connues, agissant entre les arbres 104 et 21, peuvent être utilisés de sorte que si un groupe de roues glisse, un couple accru peut être appliqué à l'autre groupe. Ceci est souvent désavantageux et dans le cas de l'invention, l'augmentation dans le 72 17900 9 2138111 couple peut être limitée car une liaison à engrenages entre les arbres autres que dans le rapport 1:1 peu;, modifier les rapports efficaces du premier et du deuxième engrenage et donc le rapport de transmission du dispositif. 72 17900 10 2138111 REVENDICATIONS 1 - Transformateur de couple, caractérisé par une roue motrice reliée à un arbre d'entrée, une turbine de sortie reliée à un arbre de sortie, une turbine de circulation disposée dans 5 le trajet d'écoulement, un premier et un deuxième engrenage, le premier engrenage étant relié à la turbine de circulation, à la roue motrice et à l'arbre d'entrée, le deuxième engrenage étant relié au premier engrenage, à l'arbre de sortie et à une partie fixe pour permettre au deuxième engrenage de transmettre le cou-10 pie multiplié à partir du premier engrenage à l'arbre de sortie et à la partie fixe pour la réaction, la turbine de circulation tournant toujours lorsque la roue motrice tourne et dans le même sens mais à une vitesse inférieure à celle de la roue motrice dans une zone de vitesse inférieure de la gamme de vitesse de l'arbre 15 de sortie et à une vitesse supérieure à celle de la roue motrice dans une zone de vitesse supérieure de cette gamme. 2 - Transformateur de couple suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier engrenage est un engrenage épi-cyclique et le deuxième engrenage un engrenage différentiel. 20 3 - Transformateur de couple suivant l'une des revendica tions 1 et 2, caractérisé en ce que le premier engrenage comprend une couronne dentée, une roue solaire et plusieurs pignons dans un support, ces pignons venant en prise avec la couronne et la roue solaire, le deuxième engrenage comprenant un engrenage dif-«^5 férentiel denté ayant deux roues solaires et des pignons dans un support venant en contact des roues solaires, le premier engrenage ayant sa couronne reliée à la roue motrice et à l'arbre d'entrée, son support de pignon relié la turbine de circulation et sa roue solaire reliée à la roue solaire du deuxième engrenage, 30 le support de pignons du deuxième engrenage étant relié à l'arbre de sortie et à l'autre roue solaire du deuxième engrenage dans une partie fixe. 4 - 'Transformateur de couple suivant l'une dts revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pignons du deuxième engre- 35 nage se composent de deux groupes de pignons en prise l'un avec l'autre et s'engrenant respectivement avec les deux roues solaires. 5 - Transformateur de couple suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par un organe d'arrêt à une voie entre 72 17900 11 2138111 la roue solaire du deuxième engrenage et la partie fixe disposée pour venir en prise dans une direction opposée au sens de rotation. 6 - Transformateur de couple suivant l'une des revendica- 5 tions 1 à 5, caractérisé par un pignon réversible entraîné par 1 arbre de sortie et comprenant des freins de synchronisation agissant sur une partie fixe. 7 - Transformateur de couple suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une partie du deuxième engrena 10 ge est également entraînée par la turbine. 8 - Transformateur de couple suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par un deuxième arbre de sortie, le deuxième engrenage reliant le deuxième arbre de sortie afin que le couple de sortie soit automatiquement divisé entre les deux 15 arbres de sortie suivant des proportions variables.