Brevet FR2311233A1 — publié le 19761210

la présente invention se rapporte à des dispositifs de transmission à vitesse progressivement variable comportant, pour la transmission des vitesses et des couples d'un arbre moteur à un arbre mené, une série de galets biconiques pouvant se déplacer radialement et axialement, qni sont entraînés en rotation à la vitesse de l'arbre menant en restant tous dans un même plan et en gardant leurs axes parallèles à l'axe de il appareil, et qui roulent à l'intErieur de deux chemine de roulement coaxiaux :: d'une part un chemin d'appui, pouvant autre soit immobilisé en rotation pendant les périodes de variation soit entrain en rotation pour réaliser la prise directe, et d'autre part un chemin récepteur déplaçable axialement et solidaire en rotation de l'arbre mené. Ces dispositifs se distinguent en outre par l'utilisation des forces centrifuges et de rampes auto-serrantes agissant sur les galets pour produire les pressions de contact nécessaires à l'entraînement par friction. De tels dispositifs présentent des caractéristiques particulibrement avantageuses, tellea notamment qutune plage de variation infinie s'étendant de part et d'autre de la vitesse nulle, soit vers des vitesses négatives réduites, soit vers des vitesses positives jusqu'à la prise directe, et une commande nniverselle pouvant être an choix soit manuelle on marche ou à l'arrbt, soit asservie, soit automatique. La présente invention a pour objet d'apporter à de tels dispositifs, notamment à ceux comportant l'utilisation d'éléments de friction en élastomères durs, différents perfectionnements destinés à diminuer les usures et échauffements, à augmenter les couples transmiscibles, les volumes usables et les durées de vie sans provoquer de déréglages notables de l'appareil, à rendre très faciles les démontages et le remplacement des éléments usés, à simplifier la fabrication, alléger, réduire les prix de revient de l'appareil et des éléments à remplacer après usure. L'inventeur a déjà proposé dans ses brevets français n0 71.08449 du il mars 1971 (publié sous le n 2 129 005) et ne 72.45244 du 19 décembre 1972 (publié sous le n 2 211 089) l'utilisation d'élastoières-notaiient pour la réalisation du large chemin de roulement du plateau d'appui. Malheureusement l'expérience a montré que, en cas d'utilisations prolongées sur un rapport déterminé, l'usure très localisée sur ce large chemin d'nappai creuse une dépression qui une le fonctionnement de la variation et nécessite le remplacement fréquent de cet élément relativement important. Pour éviter ces inconvénients, la présente invention prévoit l'utilisation de l'élastomère pour constituer les chemins d'appui des galets, destinés à rouler dans le large chemin du plateau d'appui qui est alors constitué en une matière à surface dure et très résistante à l'usure. En outre, pour faciliter la mise en place de ces anneaux élastomères légers, faciles à fabriquer et peu cofteux, l'invention prévoit de les monter par simple serrage élastique sur des petits plateaux fixés à l'extrémité de l'axe solidaire du large conte récepteur du galet, de telle sorte que les deux cônes d'appui et récepteur ainsi solidarisés se trouvent situés de part et d'autre du plateau moteur d'entratnement et que l'axe tourne à l'intérieur d'un moyeu entraSné et guidé par ledit plateau moteur. Les moyeux des galets, les formes et montages des différents anneaux de friction en élastomères, le plateau d'appui, le plateau moteur, le dispositif de prise directe, et le dispositif de commande font l'objet de conceptions nouvelles qui seront décrites plus loin. Pour bien faire comprendre l'invention, on en décrira ci-après à titre d'exemples non limitatifs plusieurs formes d'exécution préférées en référence au dessin annexé dans lequel la figure i est une coupe longitudinale de l'appareil selon l'invention, les organes étant représentés dans une position de repos et de rapport infini à la demi-vue supérieure et dans une position de prise directe à la demi-vue infétieure la figure 2 est une vue en coupe d'un galet tournant dans son moyeu avec interposition d'une bague lubrifiée la figure 3 est une vue en coupe d'un galet tournant dans son moyeu avec interposition d'aiguilles la figure 4 est une vue partielle de face d'un plateau d'entraSnement unidirectionnel des galets la figure 5 est une vue partielle de face d'un entraSnement bidirectionnel des galeta, à deux plateaux inversés la figure 6 est une vue en coupe transversale partielle du dispositif de la figure 5 ; et la figure 7 est une demi-vue supérieure d'une variante de l'appareil de la figure i à fonctionnement automatique. Sur ces différentes figures, toutes les pièces remplissant les mimes fonctions ont été désignées par les mêmes chiffres de référence. - On rappellera d'abord les principes de base connus et le fonctionnement de ce type de dispositif. En référence aux figures 1 et 7, le dispositif est constitué par une série de galets de roulement bioniques 1 disposés circulairement, dont les axes sont continnelle- ment maintenus parallèles à l'axe de l'appareil. Les galets 1 sont entraînés dans une rotation générale rapide par un arbre moteur 2, par l'intersédiaire deer rampes dites d'auto-serrage d'un plateau d'entraînement 3 à cannelures internes coulissant axialement sur l'arbre moteur 2.Les galets 1 tournent à l'intérieur de deux chemins de roulement coaxiaux t d'une part un chemin dit d'appui 4 porté par un plateau d'appui 5, et d'autre part un chemin dit récepteur 6 porté par un plateau récepteur 7 solidaire en rotation d'un arbre mené 8 par l'intermédiaire d'un moyeu 9 t soit à cannelures parallèles à l'axe général dans le cas de la figure 1, soit à rampes hélicotdales à longs pas destinées à produire une poussée axiale sur ledit plateau en fonction des couples de sortie, dans le cas de la figure 7.Le chemin récepteur 6 peut ainsi s'écarter ou se rapprocher axialement du chemin d'appui 4, et on comprend que le rapport de démultiplication à un instant quelconque dépend de l'écartement de ces chemins 6 et 4, qui détermine la position des contact entre les canes des galets t- et les dits chemins de roulement. Sur toute la plage de variation, le plateau d'appui 5 est immobilisé en rotation pour que les galets puisent exercer sur le chemin 4 des couples d'appui 3 à l'écartement maximum des chemins 4 et 6 (demi-vue inférieure de la figure 1) ce mtie plateau 5 est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'undisque 10 pour réaliser la prise directe. Quand l'arbre moteur 2 tourne, les galets sous l'action de la force centrifuge tendent à s'écarter de l'axe général et, par suite de leur contact oblique contre les chemins de roulement, tendent à repousser vers la gauche le plateau récepteur 7 en comprimant un dispositif de rappel élastique qui sera décrit plus loin. Dans le cas de la figure 7, le déplacement axial du plateau récepteur 7 produit la variation automatique de la démultiplication, en fonction à la fois des régimes moteurs engendrant les forces centrifuges variables, et des couples transmis à l'arbre mené 8 par l'intermédiaire des rampes du moyeu 9. n est cependant possible de commander de l'extérieur le rapport de démultiplication en limitant le déplacement axial du plateau récepteur 7 au moyen d'une butée tournante 11 poussée par une fourchette 12 solidaire du dispositif de commande (figure 1). Les caractéristiques nouvelles du dispositif objet de l'invention sont constituées par la combinaison des moyens suivants. Le chemin de roulement 6 du plateau récepteur 7, et les chemins d'appui 13 des galets sont pratiqués sur des anneaux en élastomères durs 16 et 14, présentant les meilleures qualités d'élasticité, de résistance à l'usure et à l'échauffement, et un coefficient de friction sec très élevé au contact de surfaces dures et polies. Comme représenté plus en détails aux figures 2 et 3, l'anneau élastomère 14 de chaque galet comporte une collerette sensiblement parallèle à l'axe du galet présentant sur sa surface externe des lamelles 15 également parallèles à l'axe. L'anneau élastomère récepteur 16 comporte une collerette sensiblement perpendiculaire à la génératrice du ctne récepteur 17 du galet, et présente sur sa face ganohe, c'est-8-dire tournée du côté du sommet du cane, des lamelles radiales 18. Les formes et orientations des collerettes des anneaux 14 et 16 précédemment définies permettent de disposer de volumes et épaisseurs usables relativement importants, sans provoquer de déréglages sensibles de l'appareil. La présence et la disposition des lamelles 15 et 18 précédemment définies facilitent les déforma- tions torsionnelles sur les surfaces de contact, évitent les glissements et les usures trop rapides, favorisent la transmission des couples et le refroidissement interne des anneaux élastomères -t4 et 16. Pour entre très facilement accessibles et remplaçables, l'anneau élastomère 16 est simplement emboîté dans une gorge (figure 2) ou un alésage (figure 3) du plateau récepteur 7, et l'anneau 14 de chaque galet est monté et maintenu simplement par serrage élastique sur un petit plateau 19 fixé à une extrémité de l'axe 20 lui-mtme solidarisé par son autre extrémité au large cône récepteur 17 du galet. L'axe 20 du galet, ainsi solidarisé d'une part au large cône récepteur 172 généralement creux pour favoriser l'allègement et le refroidissement interne, et d'autre part au petit plateau 19 portant l'anneau 14, tourne à l'intérieur d'un moyeu 21 muni de deux joues lui permettant de coulieser dans une large fente oblique 22 (figure 4) du plateau d'entrainement 3, tout en maintenant l'axe du galet constamment parallèle à l'axe général de l'appareil, le bord interne de la fente oblique 22 produisant sur les contacts du galet un effet d'auto-serrage en fonction des couples moteurs. Dans le cas de la figure 2, une bague lubrifiée 23 solidarisée par serrage entre le fond du cône 17 et le petit plateau-19 tourne à l'intérieur du moyeu 21. Des capuchons plastiques 24 montés serrants aux extrémités du moyeu 21 assurent l'étanchéité et le maintien axial. Une bague en feutre peut etre prOvae dans la partie médiane de la bague 23 pour contenir une réserve de lubrifiant. Dans le cas de la figure 3, des roulements à aiguilles 25 sont prévus entre l'axe 20 et le moyeu 21. Le plateau d'entratnement 32 qui se trouve ainsi disposé entre le cône d'appui 13 et le cône récepteur 17 du galet, comporte sur sa périphérie une gorge 26 pour loger un anneau élastique 27 destiné à diminuer l'action das forces centrifuges sur les galets principalement aux positions de grandes vitesses, et à ramener les galets à leur position la plus centrale lors de l'arrêt du moteur, pour faciliter le retour des différentes pièces à la position de vitesse nulle, gracie à un dispositif de rappel élastique qui sera décrit plus loin. L'immobilisation du plateau d'appui 5 pendant les périodes de variation est obtenue très simplement par l'embrayage du dit plateau 5 contre un élément de friction 28 fixé au carter 29, sous l'action de la poussée axiale vers la droite engendrée par les forces centrifuges des galets et par les rampes d'auto-serrages 22. la libération en rotation du plateau d'appui 5 pour réaliser-la prise directe est obtenue: d'une part par une seconde poussée axiale, vers la gauche, et exactement égale et opposée à la précédente, produite par l'embrayage du plateau récepteur 7 contre le disque 10 solidaire du plateau d'appui 5, et d'autre part-par la poussée d'une rondelle élastique 30 et d'une butée tournante 31 placées entre le plateau d'appui 5 et un élément fixe. Pour faciliter les montages et démontages, le disque 10 d'embrayage de prise directe est solidarisé avec le plateau d'appui 5 par des agrafes élastiques 32. On peut remarquer que pour les applications où la prise directe n'est pas nécessaire, il est facile de supprimer le plateau d'appui 5, le disque d'embrayage 10, la butée 31, la rondelle élastique 30, et de faire rouler les anneaux 14 des galets dans un chemin d'appui 4 usiné directement dans le flasque 29 du carter. Du fait notamment de la présence de 'anneau élastique 27 qui diminue l'action des forces centrifuges sur les galets, et par conséquent les poussées axiales sur le plateau récepteur 7 et gus lu fourchette de commande 12 lorsque ces éléments se déplacent vers la gauche, il est nécessaire que le dispositif de rappel élastique ait une action dégressive ; à cet effet le dispositif proposé est constitué par un ressort de torsion 33 dont une extrémité est ancrée sur un axe 34 et dont l'autre extrémité, formant bras de levier 35, agit sur un petit doigt porté par un levier de commande 36 lui-même solidaire d'un axe 37 et de la fourchette 12.On comprend que selon la position angulaire des leviers 35 et 36, les poussées axiales produites par le ressort de rappel 33 sont progressivement moins importantes au fur et mesure que le plateau récepteur 7 se déplace vers la gauche. L'axe 34 du ressort 33 débouche à l'extérieur du carter et le réglage de sa position angulaire permet d'agir sur les couples de torsion du ressort 33. Dans l'exemple de la figure 1, le réglage du rapport de démultiplication est obtenu par le moyen d'une vis 38 solidaire d'un bouton extérieur 39 qui commande le déplacement axial d'un écrou coulissant 40 servant de butée réglable au levier de commande 36 solidaire de l'axe 37 et de la fourchette 12. Ce dispositif permet ainsi la montée automatique des vitesses à la mise en marche du moteur jusqu'd la position déterminée par la butée 40, et le retour à la position de vitesse nulle à chaque arrSt du moteur. Il peut autre complété par un dispositif temporisateur pneumatique ou hydraulique (non représenté) permettant de régler de l'extérieur l'accélération de cette montée automatique des vitesses.Un levier extérieur fixé à l'extrémité de l'axe 37 peut également être prévu pour permettre une commande à distance ou asservie de l'appareil. Une petite vis butée 41 accessible de l'extérieur permet le réglage de la position de vitesse nulle. Le plateau d'entratnement 3 à fentes obliques 22 représenté à a ftture 4 ne produit les effets d'auto-serrage sur les galets que pour un seil sens de rotation du moteur. Pour les applications où l'appareil doit pouvoir fonctionner indifféremment dans les deux sens de rotation du moteur, il est prévu le dispositif à double effet représenté aux figures 5 et 6, constitué par deux plateaux 3a et 3b, disposés côte à côte et inversEs, entraînés dans l'un ou l'autre sens avec un jeu circonférentiel important par le moyeu menant, et comportant entre eux la gorge circulaire 26 pour loger l'anneau élastique prévu précédemment. Si les canes récepteurs 17 des galets sont prévus avec une sone de plus grands diamètres entendant au-deli du diamètre de vitesse Imne, on comprend qu'il est alors possible d'obtenir, pour un seul sens de rotation du moteur, des vitesses de sortie négatives et positives progressivement variables, de part et d'autre de la vitesse nulle. Bar une position de réglage déterminée, il arrive que les variations des couples de sortie produisent des variations des régimes 3 pour assurer dans ce cas une stabilité satisfaisante, l'invention prévoit simplement de disposer entre le plateau récepteur 7 et la fourchette de commande 12 une rondelle élastique 42 judicieusement déterminée. Bous l'action des auto-serrages, les variations des couples produisent des variations des poussées axiales derrière le plateau récepteur 7, et la rondelle élastique 42 plus ou moins comprimée par ces poussées variables autorise un faible déplacement axial du plateau 7 et des contacts des galets dans le sens voulu pour corriger automatiquement les variations des régimes dies aux variations des couples. La rotation rapide des galets crée une ventilation intense généralement suffisante pour assurer le refroidissement par circulation d'air des éléments internes, des ouvertures étant alors prévues dans les parois du carter et les plateaux pour la circulation et le renouvellement de 1' air. Toutefois, pour la transmission de puissances importantes, un refroidissement plis intense peut être obtenu par l'utilisation d'un agent liquide non lubrifiant, tel que l'eau.Le coefficient de friction entre les anneaux en élastombres et les chemins correspondants reste très favorable à condition que les surfaces dures des cônes récepteurs 17 des galets et du chemin d'appui 4 soient striées ou rugueuses pour favoriser l'élimination du film liquide se iormant entre les surfaces en contact. La figure 7 représente un appareil à fonctionnement entièrement automatique, en fonction à la iois des rigimes moteurs qui engendrent les forces centrifuges des galets et des couples de sortie qui engendrent des poussées axiales vers la droite sur le plateau récepteur 7 grâce oax rampes h Qicoldales 43 prévues entre le dit plateau 7 et l'arbre mené 8. Il faut comprendre toutefois qutun dispositif de commande extérieure semblable à celui de la figure J peut titre éventuellement utilisé pour limiter la plage de cet automatisme. fl faut encore remarquer sur cette figure 7 que les arbres d'entrée 2 et de sortie 8 sont disposés du m8me côté gauche de l'appareil. Cette disposition permettrait éventuellement de grouper à gauche dans un mame carter lubrifié différents organes annexes tels que : réducteurs d'entrée ou de sortie, inverseur de marche, différentiel, et de rendre ainsi très facile le démontage par la droite de l'appareil par simple enlèvement du couvercle du carter 29. L'appareil automatique représenté à la figure 7 ne pouvant fonctionner que dans un seul sens de rotation du moteur, l'immobilisation du plateau d'appui 5 pendant la variation peut être réalisée par une roue libre unidirectionnelle 44 disposée entre le dit plateau 5 et le carter fixe 29 lorsqu'il est nécessaire de pouvoir utiliser le frein moteur, notamment pour la réalisation des transmissions automatiques sur les véhicules divers, on peut prévoir de disposer une roue libre 45 entre l'arbre menant 2 et l'arbre mené 8. On comprendra que la présente description, donnée à simple titre d'exemple, n'est nullement limitative et qu'on pourrait prévoir des modifications, des adjonctions constructives ou des simplifications sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications annexées. R E Y J N D i C À T I O N S. 1. Dispositif coupleur et variateur de vitesse du type de ceux comportant une série de galets biconiques (1) entraînés dans un mouvement général de rotation par l'intermédiaire de rampes dites d'auto-serrage portées par un plateau d'entraînement (3) solidaire en rotation d'un arbre menant (2), qui peuvent se déplacer radialement et axialement en gardant leurs axes propres toujours sensiblement parallèles à l'axe général, et roulant à l'intérieur de deux chemins de roulement coaxiaux, pouvant s'écarter ou se rapprocher l'un de l'autre, à savoir un chemin récepteur (6) déplaçable axialement et solidaire en rotation de l'arbre mené (8) et un chemin d'appui (4) qui peut 8tre soit immobilisé en rotation sur les positions de variation, soit entraîné en rotation à la position d'écartement entre pour réaliser une prise directe, caractérisé par le fait que des matériaux dits élastomères sont utilisés pour constituer des anneaux de friction relativement étroits portant simultanément le chemin récepteur (6) d'une part et les chemins d'appui (13) des galets d'autre part, destinés à rouler respectivement au contact des larges chemins t récepteurs (17) des galets, et d'appui (4) constitués en une matière dure et tibs résistante à l'usure. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que pour présenter des épaisseurs usables relativement importates sans provoquer de déréglages notables de l'appareil, l'anneau 4Xbstombre (16) portant le chemin récepteur (6) présente une collerette d'usure de direction sensiblement perpendiculaire au large con. récepteur (17) du galet, et les anneaux élastomères (14) portant les chemine d'appui (13) des galets, présentent une collerette d'usure de direction sensiblement parallèle à l'axe du galet. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que pour faciliter les déformations torsionnelles des surfaces de friction, favoriser la transmission des couples et limiter les échauffements, l'anneau élastomère récepteur (16) comporte des lamelles radiales (18) sur sa face orientée vers le sommet des galets, et les anneaux élastomères (14) des galets comportent des lamelles (15) parallèles à l'axe sur leur surface extérieure. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé par le fait que pour être très facilement amovibles, l'anneau élastomère récepteur (16) est simplement embolté dans une gorge ou un alésage du plateau récepteur (7), et chaque anneau élastomère (14) des galets est simplement monté par serrage élastique autour d'un petit plateau (19) fixé à une extrémité de l'axe (20) du galet opposée à celle qui est solidaire du large c8ne récepteur (17). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'axe de chaque galet, solidarisé par ses deux extrémités avec l'anneau élastomère d'appui (14) d'une part et le corne récepteur (17) d'autre part, tourne avec interposition d'un système de roulement tel qu'une bague lubrifiéeou des aiguilles, à l'intérieur d'un moyeu (21) muni de deux joues lui permettant de coulisser dans une large fente oblique (22) du plateau d'entrainement (3). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications t à 5, caractérisé par le fait que le plateau d'entrainement (3) comporte sur sa périphérie une gorge (26) pour loger un anneau élastique (27), destiné à réduire l'action des forces centrifuges principalement sur les grandes vitesses de sortie et à faciliter le retour des différentes pièces vers la position de vitesse nulle à l'arr8t du moteur. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que pour assurer I'entralnement et l'auto-serrage des galets dans les deux sens de rotation de l'arbre menant (2), deux plateau: (3a et 3b) à fentes obliques inversées sont disposés côte à côte, entratnés dans l'un ou l'autre sens avec un jeu circonférentiel important par le moyeu moteur, et présentent entre eut une gorge (26) pour loger un anneau élastique. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé par le fait que pour obtenir une action dégressive du rappel élastique de la commande, nécessitée notamment par la présence de l'anneau élastique (27) qui diminue les poussées- axiales aux positions de grandes vitesses, est prévu un ressort de torsion cylindrique (33) dont une extrémité est ancrée sur un axe (34) porté par le carter et dont'-i2tre, extrémité partiellement déroulée, sert de bras de levier (35) de position angulaire et de longueur variables, pour agir dégressivement sur un levier de commande (36). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,-caractérisé par le fait que l'immobilisation1 bidirectionselle du plateau d'appui (5) pendant les périodes de variation est obtenue par son embrayage contre un élément fixe (28) sous l'effet des poussées axiales vers la droite produites par les Sortes centrifuges et les auto-serrages des galets, et que sa libération pour réaliser l'entrainement de prise directe est obtenue par l'action des poussées axiales additionnelles vers la gauche réalisées par le plateau récepteur (7) contre le disque d'embrayage (10) solidaire du plateau d'nappai (5), et par une rondelle élastique (30) disposée entre le dit plateau d'appui (5) et le flasque file du carter. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que pour stabiliser les régimes de sortie sur une position de réglage déterminde, malgré les variations des couples, une rondelle élastique (42) est disposée entre le plateau récepteur (7) et la fourchette de commande (12). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications pr8cédentee, caractérisé par le fait que pour la transmission de puissances importantes, quand le refroidissement interne des éléments de friction par ventilation à sec n'est plus suffisant, il est prévu un refroidissement plus intense sous carter fermé par un agent liquide non lubrifiant tel que l'eau, une amélioration de l'adhérence des surfaces de friction étant alors assurée par le moyen de stries ou de rugosités pratiquées sur les larges chemins durs roulant au contact des anneaux en élastombres