Brevet FR2334024A1 — publié le 19770701

L'invention est relative aux variateurs mécaniques de vitesses du genre de ceux qui comprennent, d'une part, des anneaux de friction montes à intérieur d'un tambour lié en rotation à un arbre, ces anneaux comportant sur leur pourtour extérieur des dents propres à coopérer avec des cannelures intérieures longitudinales du tambour de manière à permettre un coulissement axial des anneaux tout en assurant une liaison en rotation entre ces anneaux et le tambour et, d'autre part, des disques à surface tronconique disposés alternativement entre les anneaux de friction pour coopérer avec eux, ces disques étant calés en rotation, avec possibilité de coulissement axial, sur un second arbre muni de cannelures axiales coopérant avec des dents portées par les disques, des moyens élastiques étant prévus pour serrer l'empilage de disques et d'anneaux, variateurs dans lesquels les changements de rapport entre les vitesses de rotation des deux arbres sont obtenus par déplacement transversal d'un arbre par rapport à l'autre, et donc des anneaux par rapport aux disques. L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, de tels variateurs mécaniques pour les véhicules automobiles. Dans de tels variateurs, le déplacement transversal d'un arbre par rapport à l'autre, destiné à assurer un changement de rapport des vitesses de rotation des deux arbres, provoque une variation de l'épaisseur de l'empilage des disques et des anneaux au niveau de leurs zones de contact car les disques ont des surfaces tronconiques et donc une épaisseur variable. Cette variation d'épaisseur de l'empilage nécessite un coulissement des disques sur leur arbre, lequel constitue généralement l'arbre d'entrée du variateur, et des anneaux dans le tambour qui, généralement, est lié en rotation à l'arbre de sortie du variateur. Quand les deux arbres ne sont pas coaxiaux, la force de serrage n'est plus dirigée suivant leur axe commun et se trouve franchement décalée par rapport à ces arbres. Le décalage de cette force de serrage par rapport aux axes des arbres portant les disques ou les anneaux a tendance à provoquer une mise en biais de ces disques et de ces anneaux par rapport à leurs arbres respectifs quand ils doivent coulisser axialement lors des changements de rapport par déplacement transversal d'un arbre relativement à l'autre, de telle sorte que les efforts im portants transmis entre dents et cannelures entraînent des pressions superficielles très élevées entre ces pièces qui provoquent une détérioration relativement rapide de ces cannelures, ce qui rend ultérieurement difficile le coulissement des disques et des anneaux. L'invention a pour but, surtout, de rendre les variateurs mécaniques de vitesse du genre définiprécédemment tels qu'ils répondent mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et notamment tels que le coulissement axial des disques et des anneaux qui se produit lors d'un changement de rapport, s'effectue dans de meilleurs conditions de manière à améliorer la durée de vie du variateur ainsi que son fonctionnement. Selon l'invention, un variateur mécanique de vitesses du genre défini précédemment est caractérisé par le fait que les dents des disques et/ou des anneaux ont des flancs à portée dite "en bateau",. chaque flanc comportant deux parties de surface dont les plans moyens forment sensiblement un dièdre convexe. Le sens de cette expression en bateau" utilisée pour raison de simplification à certains passages de la description, et dans les revendications, sera mieux précisé dans la description qui va suivre. Les dents peuvent, notamment, avoir une forme bombée tangente aux susdits plans moyens. De préférence, l'angle formé par le plan moyen dune des parties du flancs de la dent "en bateau" avec le plan longitudinal median de cette dent a une valeur pouvant atteindre 8 . Avantageusement, les sommets des dents des disques et des anneaux comportent des dégagements donnant également un profil en bateau" à ces sommets de dents. L'invention est également relative à un anneau de friction pour variateurs mécaniques de vitesses, comportant sur son pourtour extérieur des dents, lequel anneau de friction est caractérisé par le fait que ces dents ont des flancs à portée dite en bateau". L'invention concerne aussi.un disque pour variateurs mécaniques de vitesses, ce disque ayant une ouverture centrale dont le bord est muni de dents ayant des flancs à portée dite "en bateau. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un mode de réalisation particulier, qui n'est pas limitatif, décrit avec référence aux dessins ci-annexés. La figure 1 de ces dessins est. une coupe axiale d'un variateur conforme à l'invention dans lequel l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie sont coaxiaux. La figure 2 montre, semblablement à la figure 1, le variateur dans une position où les deux arbres sont décalés l'un par rapport à l'autre transversalement. La figure 3 montre, schématiquement, la section suivant III III, figure 4, d'une dent d'un anneau (ou d'un disque) d'un variateur conforme à l'invention, par un plan tangent au cercle primitif. La figure 4 est une demi-coupe axiale, à grande échelle, d'un anneau de friction du variateur. La figure 5 est une coupe transversale par le plan médian V-V, figure IV, partielle, montrant les dents d'un anneau de friction engagées dans les cannelures du tambour du variateur. La figure 6 est une coupe axiale, partielle, d'un disque du variateur. La figure 7, enfin, est une coupe transversale partielle par le plan médian VII-VII, figure 6, montrant la coopération entre les cannelures d'un arbre et les dents du disque monté sur cet arbre. En se reportant aux dessins, notamment aux figure 1 et 2, on peut voir un variateur mécanique de vitesses 1. Ce variateur-cont- prend des anneaux de friction 2 montés à l'intérieur d'un tambour 3. Le tambour 3 porte un prolongement 3b de plus faible diamètre et à l'intérieur duquel est disposée une tulipe 5 solidaire en rotation de l'arbre de sortie 4.Le tambour 3 estsolidairéen=tat:ioei del'arbre4par l'intermédiaire de cannelures 3a réalisées sur une partie annulaire 3c portée à l'extrémité du prolongement 3b et faisant saillie radialement vers l'intérieur. Le prolongement 3b est supporté par des roulements 6. Le tambour 3 porte, sur sa surface intérieure, des cannelures longitudinales intérieures 7. Les anneaux de friction 2 comportent, sur leur pourtour extérieur, des dents 8 (voir notamment figure 5) coopérant avec les cannelures 7. La coopération de ces dents et de ces cannelures assure la liaison en rotation des anneaux de friction 2 et du tambour 3. Les anneaux 2 peuvent toutefois coulisser axialement par rapport au tambour 3. Les anneaux de friction 2 comportent, vers leur bord circulaire intérieur 2b(figure 4), une partie annulaire 2a, plus épaisse, à surface tronconique convergeant en direction de l'axe de l'anneau. Les faces transversales de cette partie 2a constituent les surfaces de friction de l'anneau 2. Des disques 9, à surface tronconique, sont disposés alternativement entre les anneaux de friction 2 pour coopérer avec eux. L'épaisseur de ces disques 9, suivant la direction axiale, diminue au fur et à mesure que l'on s'écarte de l'axe des disques. Ces disques 9 sont calés en rotation sur un second arbre 10 muni de cannelures longitudinales 11, sur sa périphérie. Les disques 9 comportent une ouverture centrale 12 (fig.6) et sont enfilés autour de l'arbre 10 ; les disques sont munis, sur le bord de cette ouverture 12, de dents 13 propres à coopérer avec les cannelures Il (fiv.7). Les deux disques extrêmes de l'empilage sont en appui, respectivement, contre la tulipe 5 et contre une pièce 14 (figures 1 et 2) formant butée, bloquée axialement dans le tambour 3. La friction entre les disques- 9 et les parties 2a des anneaux est assurée par des moyens élastiques 15, notamment formés par des rondelles de compression, disposées entre l'extrémité 3c du tambour 3 et la tulipe 5. Des moyens, non représentés, sont prévus pour permettre de déplacer transversalement l'arbre 10 par rapport à l'arbre 4, en vue d'assurer un changement de rapport des vitesses de rotation entre l'arbre 10 et l'arbre 4. Sur la figure 1, l'arbre 10 et l'arbre 4 ont été représentés dans une position où leurs axes géométriques sont alignés, le variateur étant alors dans sa position de rapport égal à 1. Sur la figure 2, l'arbre 10 a été représenté dans la position de décalage transversal maximal, par rapport à l'arbre 4, le variateur étant alors dans sa position de rapport le plus démultiplié. Ce déplacement transversal de l'arbre 10 provoque une modification de l'épaisseur de l'empilage axial des disques et des anneaux au droit de la zone de contact schématisée par la ligne Gi-G1 à la figure 2. I1 en résulte un coulissement axial des disques 9 par rapport à l'arbre 10 et des anneaux 2 par rapport au tambour 3. Généralement l'arbre 10 est l'arbre d'entrée du variateur tandis que l'arbre 4 est l'arbre de sortie. Dans la position représentée sur la figure 1, qui correspond à une vitesse d'entrée égale à une vitesse de sortie (rapport des vitesses égal à 1) la résultante des forces de serrage s'exerçant entre les anneaux 2 et les disques 9 est schématiquement représentée par la force F qui est située sur l'axe commun des arbres 4 et 10. Par contre, dans le cas de la figure 2, le contact entre les disques 9 et les anneaux 2 ne s'effectue que dans une zone de contact située, angulairement, de part et d'autre du plan de coupe de la figure 2. Cette zone angulaire ne s'étend généralement que sur une faible partie de la circonférence totale. Sur tout le reste de la circonférence, notamment dans la région des disques 9 et des parties 2a des anneaux diamétralement opposée à celle montrée sur la figure 2, les anneaux 2 et les disques 9 ne sont pas en contact, et il n'y a pas de serrage dans ces régions. Dans la position de la figure 2, la force de serrage F1 exercée par les moyens élastiques 15'est décalée transversalement par rapport aux axes des arbres 4 et 10, cette force s'exerce suivant la ligne d'action Gl-Gl. Il est à noter que la force F1 reste fixe dans l'espace alors que les anneaux 8 et les disques 9 tournent autour des axes de leurs arbres porteurs. Cette force F1 a tendance à mettre en biais, par rapport aux axes des arbres 4 et 10, lesdisquesetles-neauxde friction, quand ceux-ci doivent coulisser axialement lors des changements de rapport par déplacement transversal d'un arbre relativement à l'autre et ceci provoque une détérioration rapide des cannelures. Pour remédier à cet inconvénient, selon l'invention, les dents 8 des anneaux et les dents 13 des disques ont des flancs f (fig. 3) à portée dite en bateau". Comme visible.d'après la figure 3, l'expression "en bateau" signifie que chaque flanc f d'une dent est formé par deux parties de surface telles que P1, p2 dont les plans moyens forment un dièdre convexe dont l'angle a est obtus. Il est à noter que ces deux parties de surface pl, p2 ne sont, généralement, pas planes comme le montre d'ailleurs la coupe transversale de la fi- gure 5, ou de la figure 7. Vautre flanc de la dent est formé par deux parties dé-surfa- ce q1 et q2 généralement symétriques des faces p1 et p2 par rap port au plan médian M passant par l'axe de l'anneau 2. Dans ces conditions, les angles ssl et r 1 formés respectivement par les plans moyens des parties p1 et ql avec le plan médian longitudinal M sont égaux entre eux. Ces angles gl et Y1 peuvent atteindre 8" et de préférence sont de l'ordre de 3 à 40 Les angles formés par les plans moyens des parties p2 et q2 avec le plan médian M sont égaux respectivement aux angles ssl et Y1. La zone d'intersection d des parties p1, p2 des flancs de la dent, formant la région de l'arête du dièdre, est arrondie de manière à avoir une forme convexe. Il en est de même pour la zone d'intersection des parties ql et q2. Les flancs des dents 13 des disques 9 ont une forme semblable à celle représentée et décrite avec référence à la figure 3. Si le jeu radial j (figure 7) entre le fond des cannelures, (telles que les cannelures Il de l'arbre 10) et les sommets des dents (telles que 13) est faible, il-est avantageux de réaliser les sommets t (figure 6) des dents 13 et 8 avec une forme dite "en bateau". Comme visible sur la figure 6, le profil "en bateau" pour le sommet t est constitué par deux parties de surface ul, u2 dont les plans moyens forment un dièdre tournant sa convexité vers l'axe du disque 9. L'arête de ce dièdre est perpendiculaire au plan médian de la dent 13 passant par l'axe du disque 9. Pour les dents 8, lorsque le sommet de ces dents a une forme en bateau, la convexité du dièdre formé par les deux parties de surface du sommet en bateau est tournée radialement vers l'extérieur (voir figure 4). I1 est bien évident que l'on ne sortirait pas du cadre de l'invention si les flancs et les sommets des dents des disques et des anneaux étaient réalisés sous forme d'un bombé (dont la courbe serait tangente aux plans moyens p1-p2, ql-q2 et u1-u2 > On peut prévoir, aux extrémités axiales des dents, comme montré sur la figure 6, un dégagement constitué par un chanfrein 16. Un tel chanfrein est prévu à chaque extrémité axiale des dents 13 et permet, en quelque sorte, de supprimer l'angle vif qui serait formé au raccordement du sommet de la dent et des extrémités frontales de cette dent. De tels chanfreins pourraient être également prévus sur les dents 8 de la couronne 2. L'angle aigu (figure 6) formé entre le plan moyen des par ties de surfaces u2 (ou ul) avec une parallèle à l'axe du disque 9 a une valeur pouvant atteindre 8" et de préférence est de l'ordre de 4 . Ceci étant, le fonctionnement du variateur mécanique de vitesses conforme à l'invention est le suivant. Lorsque l'on commande un changement de rapport de vitesse, par déplacement transversal de l'arbre 10, la force F1 (figure 2) décalée transversalement par rapport aux axes des arbres 10 et 4 développe un moment de basculement sur les anneaux 2 et sur les disques 9, provoquant une mise en biais des disques et des anneaux.Simultanément ces anneaux et ces disques tournent autour de leur axe respectif. Lors d'un changement de rapport, cette simultanéité de mou- vement de rotation des disques et des anneaux autour de leur axe respectif, et de mise en biais provoque un mouvement de louvoiement des disques et des anneaux qui est permis par la forme des flancs de dents. Ce mouvement facilite le coulissement axial de ces disques et de ces anneaux dans les cannelures respectives de l'arbre 10 et du tambour 3. Il est à noter que la présence de ces flancs "en bateau" ne présente un tel intérêt qu'en combinaison avec le décalage transversal de la force Fl, située dans un plan fixe dans l'espace. La forme "en bateau" des sommets des dents et les dégagements des extrémités axiales des sommets des dents permettent de faciliter ce mouvement de louvoiement. Grâce à l'invention, on évite la détérioration des cannelures Il et 7 lors du coulissement des disques 8 et des anneaux 9. L'ajustement entre les dents et lestannelures peut être réalisé avec un jeu beaucoup plus faible que dans les montages de l'art antérieur à dents droites. Le fonctionnement du variateur, lors d'un changement de rapport, est plus progressif, continu, sans à-coups ; l'endurance est meilleure et le bruit de fonctionnement est réduit. D'autre part, l'invention permet un coulissement rapide des disques et des anneaux sur leurs cannelures, même lorsque la vitesse de rotation est faible, ce qui présente un intérêt,particu- lièrement dans le cas d'un véhicule automobile, lorsque celui-ci ralentit, le variateur étant sur les'rapports les moins démultipliés.Le véhicule s'arrêtant, il est nécessaire que le variateur, dont les arbres tournent lentement, revienne rapidement sur les rapports les plus démultipliés de manière à avoir une bonne reprise au démarrage. REVENDICATIONS l. Variateur mécanique de vitesses comprenant, d'une part, des anneaux de friction montés à l'intérieur d'un tambour lié en rotation à un arbre, ces anneaux comportant sur leur pourtour extérieur des dents propres à coopérer avec des cannelures intérieures longitudinales du tambour de manière à permettre un coulissement axial des anneaux tout en assurant une liaison en rotation entre ces anneaux et le tambour, et, d'autre part, des disques à surface tronconique disposés alternativement entre les anneaux de friction pour coopérer avec eux, ces disques étant calés en rotation, avec possibilité de coulissement axial, sur un second arbre muni de cannelures axiales coopérant avec des dents portées par les disques, des moyens élastiques étant prévus pour serrer l'empilage de disques et d'anneaux, variateur dans lequel les changements de rapport entre les vitesses de rotation des deux arbres sont obtenus par déplacement transversal d'un arbre par rapport à l'autre, caractérisé par le fait que les dents des disques et/ou des anneaux ont des flancs à portée dite en bateau", chaque flanc comportant deux parties de surface dont les plans moyens forment sensiblement un dièdre convexe. 2. Variateur selon la revendication l, caractérisé par le fait que l'angle formé par le plan moyen d'une des parties du flanc de la dent "en bateau" avec le plan longitudinal médian de cette dent a une valeur pouvant atteindre 8 et, de préférence, de l'ordre de 3 à 4 . 3. Variateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les flancs des dents des disques et/ou des anneaux ont une forme bombée tangente aux susdits plans moyens. 4. Variateur selon l'une quelconque des revendications precédentes, caractérisé par le fait que les sommets des dents des disques et/ou des anneaux ont un profil en bateau", chaque sommet comportant deux parties de surface dont les plans moyens forment un dièdre convexe. 5. Variateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'angle aigu formé entre le plan moyen des parties de surface du sommet de la dent avec une parallèle à l'axe du disque ou de l'anneau a une valeur pouvant atteindre 8" et, de préférence, de l'ordre de 3 à 4 . 6. Variateur selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que le profil "en bateau" des sommets de dents a une forme bombée tangente aux susdits plans moyens. 7. Variateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les extrémités axiales des dents des disques et/ou des anneaux comportent un dégagement constitué par un chanfrein, au raccordement du sommet de la dent et des extrémités frontales de cette dent. 8. Anneau de friction pour variateur mécanique de vitesses selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte, sur son pourtour extérieur, des dents ayant des flancs à portée dite en bateau". 9. Disque pour variateur mécanique de vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant une ouverture centrale dont le bord est muni de dents, caractérisé par le fait que ces dents ont des flancs à portée dite "en bateau".