Brevet FR2229890A1 — publié le 19741213

L'invention concerne un convertisseur de vitesse de rotation dans lequel plusieurs éléments rotatifs sont disposés les uns par rapport aux autres de manière que les relations géométriques dans lesquelles au moins l'un de ces éléments, qui est mené, roule sur l'autre, qui est menant, puisse être modifiées. Les convertisseurs de vitesse de rotation de ce type sont connus. Un montage simple de ce type est formé par exemple d'un galet de friction qui tourne sur un disque. La distance du point de roulement à l'axe de rotation de ce disque est une mesure du rapport de transmission entre les ases du galet et du disque. Lorsque cette distance est variable, le rapport de transmission l'est aussi. Les convertisseurs de vitesse de rotation à sphère constituant l'élément de roulement sont aussi connus. Ils comportent une sphère creuse qui est difficile à réaliser. Ce mode de réalisation a par ailleurs l'inconvénient majeur que les révolutions de commande doivent d'abord etre converties en un mouvement oscillant et que celui-ci doit à son tour Autre ccnverti en une rotation (sortie). Ce mécanisme est techriquement très compliqué indépendamment du fait que les oscillations, dont l'amplitude varie selon la position du disque en nutation, c'est-à-dire donc selon le rapport réglé de transmission, peuvent avoir des effets gênants, car elles ne sont pas simples à compenser. Cette disposition n'est donc utilisable que pour des vitesses de rotation relativement faibles. Par ailleurs, il n'est pas possible de régler la vitesse de rotation de l'élément mené ou de sortie d'une valeur positive à une valeur néssa- tive en passant par zéro. De plus, les pertes augmentent avec l'éléva- tion de la vitesse de sortie et le rapport de transmission 1 : 1 est impossible à obtenir. Dans un autre mode de réalisation connu, la commande comporte une sphère pleine dont la position de l'aie est variable par rapport à deux galets menés disposés de part et d'autre. Mais, lors d'un réglage, il faut surmonter la totalité du frottement qui lie la sphère et les galets (réglage dur). Par ailleurs, seules les forces tangentielles (forces périphériqw-s) sont utilisées pour la transmLss-cn de 11 énergie. Donc, les pertes augmentent avec l'élévation des iresses de sortie et le nombre des galets menés ou de sortie est limité à deux. Les memes remarques s'appliquent à en autre mode de réalisation dans lequel deuz galets bombés de transmission sont disposés chacun dans deux'moitiés coaxiales de sphère creuse dont l'ure est l'élément menant et l'autre, l'élément mené. Les remarques précédentes s'appliquent aussi à ur autre mécanisme dans lequel deuz calottes sphériques coaxiales sont disposées dans une surface cylindrique de roulement dans laquelle leur inclInaison peut etre modifiée.- La position de ce mécanisme est parti culièrement critique lorsque la vitesse de sortie est nulle, car dans ce cas un pur travail de perçage est produit au point de roulement, avec pour conséquence un échauffement et le risque de dégâts. Les convertisseurs mécaniques les plus connus de vitesse de rotation sont réalisés d'après ces principes ou des principes analogues. Ils ont en général l'inconvénient que les vitesses de roulement entre les éléments liés par frottement sont relativement élevées, par exemple pour le rapport de transmission 1 : 1. Les pertes et donc aussi le rendement étant fonction de la vitesse de roulement et de la résistance au roulement, les pertes de ces transmissions sont supérieures à 10 ffi dans la plupart des cas. De plus, la variation du rapport de ces transmissions ne peut s'effectuer souvent qu'au repos. Il faut en effet exercer un couple considérable pour le réglage, car il faut surmonter la liaison par frottement au point de roulement. La plage de réglage de ces transmissions est relativement faible ou les éléments de roulement sont com pliqués. L'invention a pour objet un convertisseur de vitesse de rotation du type mentionné, dont le rendement est amélioré et en particulier dont les pertes par frottement sont réduites. Le convertisseur de vitesse selon l'invention se compose d'éléments simples et peu nombreux, il permet le rapport de transmission de i : 1 et il est possible d'en faire varier le- rapport aussi pendant la marche. Selon une particularité essentielle de l'invention, une fourche supporte un ou plusieurs galets disposés en couronne sur le grand cercle d'une sphère rotative autour d'un axe de manière que les galets et la sphère soient liés par frottement, l'axe de rotation des galets étant disposé de manière que le mouvement de ces derniers soit perpendiculaire au grand cercle de la sphère au point de roulement. Selon un mode de réalisation conforme à l'invention, les galets sont montés dans une cagle élastique et chacun deux est associe à un élément de serrage, de préférence un ressort, de mat erse o2,ils soient to s appliqués avec la même force contre la sphère, deux gale te voisins pouvant aussi en variante être reliés par une articulation à charnière ou à ressort. En variante de réalisation avantageuse selon ltinven- tion, les galets sont des éléments de roulement en disques lorsque les puissances transmises et donc que les forces de serrage nécessaires doivent être grandes. Selon un autre mode de réalisation avantageux conforme à l'invention, une poulie, qui constitue également le support des galets de friction, entoure la sphère et forme l'élément de transmission du mouvement rotatif de sortie. La transmission de la commande par pignons, de préférence coniques, à un arbre dont la position est fixe sur le bâti entre également dans le cadre de l'invention. D'autres combinaisons sont possibles dans le cadre de l'invention. Ainsi, par exemple, il est possible a'accoupler deux convertisseurs de vitesse de rotation par des articulations à cardan, des pignons ou autres, les axes de rotation des supports des galets de friction étant immobiles dans le bâti, mais les axes de commande et de sortie ne devant toutefois pas être nécessairement parallèles. La sphère peut aussi etre commandée par un galet qui est placé dans le même plan que deux autres et qui est soumis à la force de poussée d'un ressort, la couronne de galets de sortie pouvant subir des mouvements d'incliraison perpendiculaires à l'axe de rotation de la sphère. La sortie du convertisseur de vitesse de rotation peut aussi consister en un organe élastique de traction2 par exemple en une courroie ou une chatte à rouleaux qui peut aussi passer sur des galets de renvoi. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexes a titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: les ligures 1 et 2 sont des élévations schématiques d'son noie de réalisation de la transmission selon l'invention en deux positions différentes ;; les figures 3a et 3b sont une vue en plan et une élévation de la même transmission à une position différente la figure 4 est une vue en plan d'une variante de réalisation les figures 5a et 5b illustrent en plan et en élévation une variante de transmission à disques de frottement les figures 6, 6a et 6b sont des graphiques explicatifs des relations géométriques de la transmission selon l'invention la figure 7 est une élévation d'une variante de réalisation de la transmission de l'invention les figures 8a et 8b,- ainsi que les figures 9, 10, lia, iib, 12a et 12b illustrent schématiquement d'autres variantes de réalisation de l'invention. Le mode de réalisation de la figure 1 comprend par exemple trois galets 1 montés dans une fourche 2 dont l'axe de rotation est situé dans le prolongement de celui d'une sphère 3. La surface de la sphère rotative entraîne les galets 1, de maniere que l'axe mené ou de sortie exécute les mêmes rotations que la sphère 3. Dans ce cas, le rapport de transmission est de 1 : 1 ; les galets ne roulent pas et constituent simplement des éléments d'accouplement. Il ne se produit donc aucun roulement aux points de contact lors de la transmission du mouvement de rotation alors que les différents éléments occupent la position représentée, de sorte que les pertes par frottement sont précisément les plus faibles dans la plage dans laquelle la puissance maximale passe par la transmission (vitesse maximale de sortie). La figure 2 représente l'axe mené ou de sortie a une position dans laquelle il-inscrit un angle de 900 avec l'axe de rotation de la sphère. Les galets ainsi disposés roulent et plus précisément à des vitesses différentes selon leur position sur le grand cercle de la sphère. Mais l'orientation du roulement de tous les galets est parallèle aux cercles parallèles de latitude de la sphère 3. Il n'existe donc aucune conposante transversale au point de roulement et l'axe mené est immobile, le rapport de transmission entre la commande et la sortie étant égal à zéro (n2 : n1 = 0). Dans la représentation de la figure 3, les galets sont dans un plan qui inscrit un angle p avec le plan équatorial de la sphère. Les galets 1 occupant cette position roulent lorsque la sphère 3 tourne et ils subissent par ailleurs une composante transversale qui provoque une rotation au cercle qu'ils inscrivent autour de l'axe mené. Comme il sera expliqué plus bas, la vitesse de rotation de sortie n2 est onc- tion du cosinus 5e l'angle p. Tes relations sont les suivantes On remarque que les galets tournent à des vitesses différentes. Leur vitesse périphérique oscille entre + k .tû . sin p lors d'une révolution de la couronne qu'ils constituent, w étant la vitesse périphérique de la sphère et k, une constante de l'appareil.Leur vitesse est maximale lorsqu'ils sont sur le plan équatorial de la sphère ils sont immobiles pour un instant lorsqu'ils sont à la position dans laquelle l'axe de rotation de la sphère se trouve dans leur plan (points supérieur et inférieur dtinversion). Il est donc possible de faire varier en continu le rapport de transmission entre l'entrée et la sortie par variation de l'angle p, et il est important de noter que, même lors de ce réglage, il ne se produit aucun glissement, mais uniquement un roulement entre la sphère et les galets.. Cette variation est donc nos- sible et facile à tous les états de service de la transmission. La disposition symétrique de trois galets a pour effet d'équilibrer à l'intérieur de la sphère les forces nécessaires à la liaison par frottement des éléments roulant les uns sur l'autre, de sorte que ces forces ne s'exercent ni sur le palier de l'axe de commande, ni sur celui de l'axe mené ; (eonstruction simple, faibles pertes). Les effets des trois galets s'additionnent à chaque position et il est possible d'augmenter la puissance de transmission en utilisant plus de trois, par exemple six galets, de la manière représentée sur la figure 4. Bes modes de réalisation à davantage de galets encore sont aussi possibles. Il faut uniquement faire en sorte que tous les galets soient en contact avec la sphère avec la même force d'application. Il est possible à cet effet par exemple d'associer un ressort individuel de poussée à chaque galet ou de relier deux galets voisins par des articulations à charnière ou à ressort. La couronne de~galets peut aussi consister en un anneau élastique dans lequel chaque galet est nonté individuellement. L'effort interne de l'arulsau exerce alors la force de compression, sensiblement de la mêne manière qu'un asan d'envelortement. Les galets eux-m8mes peuvent aussi entre réalisés différemment, par exemple sous forme de disques (figures 5a et 5b) ou analogues. La pression spécifique exercée par ces disques au point de roulement est inférieure à celle exercée par les galets cylindriques décrits plus haut. La pression de compression peut ainsi être supérieure et donc aussi les puissances et couples transmis, l'usure étant par ailleurs moindre. La figure 6 illustre les relations géométriques. Il est admis qu'un galet doit être en contact au point B avec la surface de la sphère. il peut se déplacer sur le grand cercle et tourner autour de l'axe J ). Ce grand cercle inscrit l'angle pavez les cercles parallèles de latitude, c'est-à-dire avec la perpendiculaire à l'aze de rotation de la sp'nère. Lorsque le galet se trouve au point C, les vecteurs de la sphère et du galet sont les mêmes et sont parallèles (figure 6a). Comme le montre cette figure 6a, 05(=wa,cos p) représente la vitesse angulaire de sortie lorsque le galet, qui est alors immobile, se trouve au point C. Lorsque ce galet se trouve au point D (voir figure Sb), le triangle vectoriel résultant comprend le vecteur menant ou de commande cet le vecteur mené ou de sortie wS= #&alpha;,cos ss, cette valeur pouvant facilement être lue sur le triangle réctangle. Donc, le vecteur mené est exactement aussi grand au poinr D qutau point C. Le galet tourne alors à une vitesse qui est proportionnelle au vecteur ##. sin p. La grandeur oJest toujours la même à toutes les positions intermédiaires. Le rapport de démultiplication entre l'entrée et la sortie est donc constant pour chaque angle p.En posant que la distance A-B = i, on obtient les relations suivantes pour les valeurs instantanées des angles oc et J (4) ctg or = ctg J . cos p la dérivée par rapport au temps étant le rapport de démultiplication e convertisseur de vitesse de rotation a 1 'inconvénient que l'arbre mené ne reste ras immobile sur le bCti, mais que sa position chaste avec l'angle ss. Toutefois, une poulie 6 telle que représentée sur la figure 7 peut transmettre la rotation de sortie. Cette poulie forme alors également le support des disques 5 et peut être inclinée d'environ + + a0 autour de la sphère 3.La courroie doit alors être suffisamment longue pour que la poulie puisse être inclinée de cet angle sur sa normale sans lui causer de dégât. Cette disposition a par ailleurs l'avantage que la traction exercée par la-courroie élève la compression entre les galets et la sphère. Il peut en résulter dans une certaine mesure une adaptation automatique de la transmission aux pointes momentanées de charge. En variante, des pignons, par exemple des pignons coniques 7 peuvent transmettre la rotation de sortie à un arbre dont la position est fixe dans le bâti, par exemple de la manière représentée sur les figures 8a et 8b. Lorsque deux convertisseurs sont montés en série de la madère représentée sur la figure 9, une articulation à cardan des pignons 9 ou d'autres organes convenables peuvent transmettre les rotations de sortie de la transmission de droite à l'axe de rotation de la sphère de la transmission gauche. L'axe de rotation de la fourche 2 de support des galets reste en position fixe dans le bâti. Il suffit de faire pivoter l'engrenage 9 autour de l'axe passant par le centre des deux sphères pour faire varier en continu les rapports des deux transmissions. Le rapport de transmission d'ensemble est le produit de cha- cun des rapports individuels.Lorsque celui-ci est par exemple 4 : 1 -cette valeur pouvant etre facilement réalisée -, le rapport total de transmission est de io : 1. Cette grande plage de réglage est avanta- geuse dans de nombreux cas. La figure 10 représente une disposition analogue dans laquelle les axes menant et mené 10 et 11 ne sont pas parallèles comme dans la disposition de la figure 9. Lorsqu'il faut de grands rapports de transmission et que n2 doit aussi pouvoir être égal à zéro, et de plus que le sens de rotation doit pouvoir être inversé, il est possible d'utiliser la disposition représentée sur les figures 11a et 11b. Un galet menant 13 o commande de la sphère 7 est disposé dans le même plan que deix autres galets 1 et il est soumis à la force d'un ressort qui assure la transmission nécessaire de la force.Les galets peuvent aussi être disposés de manière différente de celle représentée. Ii importe uniquement; que l'axe théorique de rotation de la sphère ne soit pas mécanique, qu'il occupe une position définie et qu'il ne soit pas couvert par les arbres de commande ou des galets de serrage. Il est en effet nécessaire que la couronne 4 de galets de sortie puisse pivoter autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation de la sphère, afin que le plan des organes menés puisse occuper une position relative pouvant inscrire par exemple un angle atteignant - 300 avec l'axe de la sphère.La plage de réglage irait alors de n2 = 0,5. n en passant par n2 = 0, àn2 = -0,5 n1 (car n2 = n1. cos p). Les éléments d'entrée et de sortie peuvent être réalisés différemment de la manière représentée et les figures lia et ilb ne représentent que le principe. Les galets menants peuvent avoir d'autres formes, ils peuvent entre commandés en commun ou ils peuvent avoir la forme d'une courroie appliquée sous pression contre une partie de la périphérie de la sphère, approximativement dans la zone des galets mens. Il est cependant possible aussi d'utiliser un organe élastique de traction du coté mené, par exemple de la manière représentée sur les figures 12a et 12b. Une chaîne 14 à rouleau entoure la sphère 3 de manière à laisser la place pour l'axe de commande de cette dernière, la channe pouvant envelopper la sphère par exemple sur environ 1800. La traction initiale de la channe ou de la courroie assure la liaison nécessaire par frottement entre la sphère 3 et les rouleaux ou galets 1. Lorsque l'axe de rotation de la sphère se trouve dans le plan de symétrie de la chaîne à rouleau, la vitesse de sortie est nulle Lorsque cet axe est incliné sur ce plan, il provoque le déplacement de la channe à rouleau dans un sens ou dans l'autre. La chaîne à rouleau peut bien entendu passer aussi sur d'autres éléments, par exemple sur des galets de renvoi. Il importe uniquement que les galets de ce mode de réalisation ou d'une variante s' écartent de l'axe mécanique de rotation de la sphère, donc par exemple s'écartert de la surface de cette dernière lorsqu'ils s'approchent de cet axe ou que théoriquement ils devraient le traverser. Il va de soi que la transmission décrite et représentée peut sir diverses modifications sans sortir du cadre de l'=mrentis^. RE5EEIaiDICATIONS 1. Convertisseur de vitesse de rotation, dans lequel plusieurs éléments rotatifs sont disposés les uns par rapport aux autres de manière que les relations géométriques dans lesquelles au moins l'un de ces éléments, qui est mené, roule sur l'autre, qui est menant, puissent atre modifiées, caractérisé en ce qu'une fourche supporte un ou plusieurs galets disposés en couronne sur le grand cercle d'une sphère rotative autour d'un axe de manière que les galets et la sphère soient liés par frottement, l'axe de rotation des galets étant disposé de manière que le mouvement de ces derniers soit perpendiculaire au grand cercle de la sphère au point de roulement et la position du plan du grand cercle sur lequel le ou les galets sont appliqués contre la sphère étant variable par rapport à l'axe de rotation de cette dernière. 2. Convertisseur de vitesse de rotation selon la revendication i, caractérisé en ce que les galets sont montés dans une bague élastique et chacun d'eux est associé à un élément de serrage, de préférence un ressort, de manière quels soient tous appliqués avec la même force contre la sphère, deux galets voisins pouvant aussi être reliés par une articulation à charnière ou à ressort. 3. Convertisseur de vitesse de rotation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les galets sont des éléments de roulement en disques lorsque les puissances transmises et donc que les forces de serrage nécessaires aoivent etre grandes. 4. Convertisseur de vitesse de rotation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une poulie, qui constitue également le support des galets de friction, entoure la sphère et forme l'élément de transmission du mouvement rotatif de sortie. 5. Convertisseur de vitesse de rotation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que des pignons, de préférence coniques, assurent la transmission à un arbre dont la position est fixe sur le bâti. 6. Convertisseur de vitesse de rotation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des articulations à cardan, des pignons ou analogues accouplent deux convertisseurs de vitesse de rotation, les axes de rotation des supports des galets de friction étant immobiles dans le besi, mais les Ils axes de com- mande et de sortie n devant toutefois pas tre néeessail-ement paralleles. 7. Convertisseur de vitesse de rotation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qutun galet, qui est placé dans le même plan que deux autres et qui est soumis à la force de poussée d'un ressort, commande la sphère et la couronne de galets de sortie peut subir des mouvements d'inclinaison perpendiculaires à l'axe de rotation de la sphère. 8. Convertisseur de vitesse de rotation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que son élément mené est un organe élastique de traction tel qu'une courroie ou une chaîne à rouleaux qui peut aussi passer sur des galets de renvoi. 9. Convertisseur de vitesse de rotation selon ltune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'axe de rotation de la sphère n'est pas mécanique, mais des éléments de commande complémentaires sont appliqués contre la surface de cette sphère en des points situés à l'extérieur de son axe de rotation.