Brevet FR2361580A1 — publié le 19780310

La présente invention concerne les transmissions à engrenages et vise notamment une telle transmission à engrènement positif et à rapport variable en continu. Il existe actuellement sur le marché de nombreux types de transmissiozzà engrènement 8. rapport variable. Le principe de fonctionnement de beaucoup de ces transmissions consiste à déplacer radialement une roue sur une des faces d'un disque rotatif pour faire varier en continu le rapport de transmission. D'une manière analogue, on peut déplacer une roue à va-et-vient suivant une génératrice d'un c8ne. Certes, des transmissions de ce genre permettent de faire varier uniment et en continu le rapport de vitesses des arbres d'entrée et de sortie, mais le mouvement est en fait transmis par contact frottant et non par un accouplement positif tel que celui assuré par des engrenages. De ce fait, la capacité de transmission de mouvement est nécessairement limitée. Le brevet US 2.870.644, accordé le 27 janvier 1959 au déposant, Carl E. Winter, décrit essentiellement une transmission à engrènement à effet positif permettant de faire varier dans une large gamme le rapport des vitesses des arbres d'entrée et de sortie non par contact frottant, mais par accouplement positif, par engrenages. Selon ce brevet antérieur, il est prévu dans le mode de réalisation préféré deux disques situés en regard et inter-accouplés par un pignon. La présente invention vise une version perfectionnée de transmission à engrènement positif et à rapport variable dont le principe de fonctionnement est très analogue à celui décrit dans le brevet précité, mais qui ne comporte qu'un seul disque au lieu des deux disques placés face à face dans la réalisation préférée décrite par ce brevet. La présente invention propose une transmission à engré- nement positif et à rapport variable en continu, caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison : a) un bâti; b) un arbre d'entrée tourillonnant dans ce bâti; c) un arbre de sortie tourillonnant dans le bati, d) un disque plat monté sur un premier desdits arbres d'entrée et de sortie et comportant sur sa face active un nombre impair de secteurs dentés dont chacun présente des dents parallèles qui s'étendent du pourtour vers le centre du disque, parallè lement à un diamètre du disque passant par le milieu du secteur denté, ces secteurs dentés étant angulairement équidistants sur la face active du disque et définissant entre eux un nombre impair de secteurs lisses de façon qu'un secteur lisse soit diamétralement opposé à chaque secteur denté;; e) un premier et un second arbres coaxialement alignés tourillonnant individuellement dans le bâti, au-dessus de la face active du disque, dans un plan diamétral du disque; f) un premier et un second pignons, respectivement cla vetés sur lesdits premier et second arbres pour pouvoir coulisser sur eux, ces pignons étant radialement équidistants du centre du disque, l'un d'eux engrenant avec un secteur denté chaque fois que l'autre n'engrène pas parce qu'in est situé sur un secteur lisse, de sorte qu'il y a constanment engrènement entre l'un ou l'autre de ces pignons et le disque; g) des moyens permettant de régler la distance radiale desdits pignons au centre du disque pour régler le rapport de vitesses entre les arbres d'entrée et de sortie; et h) un engrenage central monté sur le second desdits arbres d'entrée et de sortie et intertaccouplant les extrémités intérieures opposées desdits premier et second arbres coaxialement alignés, qui tournent en sens opposés autour de leur axe commun, de sorte que quand lesdits premier et second pignons tournent al- ternativement en sens opposés, l'engrenage central tourne en continu dans un certain sens, cet engrenage central étant disposé au-dessus de la face active du disque et centré sur l'axe de cette face , l'agencement d'ensemble étant tel que, lorsqu'il tourne, l'arbre d'entrée fait tourner l'arbre de sortie, que ce soit lesdits pignons qui entrainent le disque (au cas où ce disque est monté sur 1' arbre de sortie et l'engrenage central sur l'arbre ue oe Boit d'entrée),oule disque qui entraine lesdits pignons (au cas où le disque est monté sur l'arbre d'entrée et l'engrenage central sur l'arbre de sortie). Pour mieux faire comprendre l'invention, on va maintenance se référer au dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une vue en plan avec arrachement d'une transmission à engrènement positif et à rapport variable selon l'invention; la figure 2 en est une vue de face en élévation suivant la ligne fléchée 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue de détail en coupe suivant la ligne fléchée 3-3 de la figure 2, et la figure 4 représente schématiquement en perspective du mécanisme de commande associé à la structure représentée sur les figures 1 et 2. Sur la figure 1, on voit une partie d'un bâti 10 dans lequel tourillonne un disque plat 11. Comme représenté, ce disque Il présente sur sa face active un nombre impair de secteurs dentés 12, angulairement équidistants, définissant entre eux un nombre impair de secteurs lisses 13. Du fait que les secteurs dentés 12 sont en nombre impair et ont la meme dimension angulaire que les secteurs lisses qu'ils définissent entre eux > un secteur lisse est diamétralement opposé à chaque secteur denté. Chaque secteur denté comporte des dents parallèles qui s'étendent de son pourtour vers son centre, parallèlement au diamètre du disque passant par le milieu du secteur denté. Ainsi, les dents ont un pas constant sur toute leur longueur. Par contre, le nombre de dents augmente vers la périphérie du fait que le pas est constant et que le secteur est de plus en plus large vers la périphérie. Un premier et un second arbres 14 et 15, coaxialement alignés, tourillonnent individuellement dans le bâti 10, au-dessus de la face active du disque et dans un plan diamétral du disque, comme représenté sur la figure 1. Un premier et un second pignons 16 et 17 sont montés chacun sur l'un de ces arbres, sur lesquels ils sont clavetés pour pouvoir glisser le long des arbres, et aussi pour faire tourner les arbres. Un engrenage central 18 formé par des pignons d'angle accouple ensemble les extrémités intérieures opposées des arbres 14 et 15 pour que ceux-ci tournent en sens opposés autour de leur axe commun. On notera que l'engrenage central 18 est situé audessus de la face active du disque et centré sur l'axe de cette face. Un arbre de sortie 19 est accouplé à cet engrenage central 18. Sur la figure 1, on a symbolisé en traits interrompus un accouplement mécanique 20 prévu entre les pignons 16 et 17 pour permettre de les déplacer conjointement vers l'intérieur et vers l'extérieur sur leurs arbres respectifs, de façon qu'ils demeurent toujours équidistants du centre du disque. On décrira plus loin en détail le mécanisme 20. Sur la vue de face donnée sur la figure 2, on voit que le disque Ctl est monté sur un arbre d'entrée 21 qui tourillonne en 22 dans le bâti 10. On voit aussi clairement sur la figure 2 des paliers droit 23 et gauche 24 dans lesquels tourillonnent les premier et second arbres 14 et 15, portés par ces paliers. Enfin la figure 2 montre un palier supérieur 25 dans lequel tourillonne l'arbre de sortie 19. On voit aussi sur la figure 2 que l'engrenage central 18~décrit à propos de la figure 9 comprend simplement des pignons d'angle calés sur les extrémités des arbres 14 et 15 et un pignon d'angle supérieur calé sur l'arbre de sortie 19. Il est clair que l'arbre 19 tourne dans un certain sens quand le premier pignon 16 tourne dans un sens et le second pignon 17, dans le sens opposé. Il est aussi clair, d'après la figure 2 ainsi que la figure I, que- lorsqu'un des pignons 16, 17 engrène avec un secteur denté 12, l'autre pignon n'engrène pas, étant situé sur un secteur lisse. Si lton prévoit un nombre assez grand de secteurs, comme illustré par la figure 1, les dents parallèles s'étendent de la périphérie vers le centre suivant-une direction sensiblement radiale et la dent médiane de chaque secteur est rigoureusement ra diaule. Toutefois, du fait du parallélisme des dents situées de part et d'autre de la dent médiane radiale de chaque secteur denté, le pignon associé ne peut engrener convenablement avec les dents, si celles-ci ont une longueur notable, que si les dents du pignon sont parallèles à celles du secteur denté. Pour maintenir ce parallélisme, nécessaire au bon engrènement, sur tout l'arc faible parcouru par le pignon sur le secteur denté, il importe d'autoriser un léger mouvement oscillant du pignon sur son arbre. Sur les deux figures 1 et 2, le premier pignon 16, tel que représenté, a pris un léger biais pour que ses dents soient bien parallèles à celles du secteur denté avec lequel il engrène. On le conçoit, pendant rotation du disque Il dans le sens antihoraire sur la figure 1, quand la dernière dent d'un secteur denté quitte le pignon 16, celui-oi a pris un léger biais de sens opposé à celui indiqué sur la figure 1. Chaque pignon 16 et 17 n'est exempt de biais que quand ses dents engrènent avec la dent médiane, rigoureusement radiale, d'un des secteurs dentés. Pour permettre aux pignons 16, 17 de prendre aisément le biais souhaitable en parcourant les secteurs dentés, on les monte par suspension à la Cardan. Comme illustré par la figure 3, on assure ce montage au moyen de deux couronnes, intérieure 26 et extérieure 27 interaccouplées de la manière usuelle par une suspension à la Cardan. On notera sur la figure 3 que 11 arbre 14 présente des cannelures qui le solidarisent en rotation du pignon 16 tout en permettant à ce dernier de glisser le long de 11 arbre. Bien entendu, on peut ne prévoir sur chacun des pignons 16, 17 que des dents très courtes, presque en forme de simple doigt ou fiche. Dans ce cas, l'engrènement avec les dents des secteurs ne pose pas de problème et la suspension à la Cardan n'est pas réellement nécessaire. Par contre, de telles dents courtes limitent dans une certaine mesure la capacité de transmission de mouvement. Un aspect important de l'invention réside dans la présence d'un grand nombre de secteurs dentés angulaîrement répartis comme représenté, chaque secteur ayant une dimension angulaire relativement faible afin que les pignons coopérants n'aient à osciller que le moins possible, tout en pouvant comporter des dents relativement longues afin d'assurer un accouplement de transmission robuste. Dans l'exemple illustré par la figure 2, on a indiqué en L la longueur des dents d'un pignon tel que 17. Cette longueur est nettement supérieure, certainement de plus du double, au pas des dents du pignon, indiqué en P sur la figure 3. Pour des dents en forme de doigt n'exigeant pas de mouvement oscillant, L est égal à P. Sur la figure 3 aussi, on voit que la face latérale extérieure du pignon 16 présente une rainure annulaire d'appui 28. Cette rainure coopère avec un poussoir qui fait partie d'une structure de curseur pour permettre de déplacer le pignon, pen dant sa rotation, le long de l'arbre cannelé 14. Pour décrire cette structure, on va maintenant se référer à la figure 4 qui représente, à simple titre d'exemple, un modèle du mécanisme symbolisé en 20 sur les figures 1 et 2, permettant de déplacer conjointement les pignons 16 et 17 vers l'intérieur ou vers l'extérieur le long des arbres respectifs. Dans l'exemple illustré par la figure 4, il est prévu un premier et un second curseurs 29 et 30 comportant chacun une pai re de manchon! 31 et 32, qui flanquent le pignon respectif 16 ou 17. Les manchons 31 et 32 ne sont pas accouplés aux premier et second arbres 14 et 15, qui tournent simplement à l'intérieur de ces manchons. Comme représenté, chaque manchon porte un poussoir formé de deux tiges diamétralement opposées, rabattues comme indiqué en 33 vers chacune des faces opposées du pignon associé, leurs extrémités pénétrant dans les rainures annulaires d'appui telles que la rainure 28 décrite à propos de la figure 3, formant ainsi un poussoir indiqué en 34 pour le second pignon 17. Ces poussoirs sont montés sur les manchons comme décrit et font partie des structures de curseur 29 et 30. Chacun des premier et second curseurs 29 et 30 est relié à un ressort extérieur tel qu'indiqué en 35 et 36, tendant normalement à écarter l'un de l'autre les curseurs et, ainsi, les pignons 16 et 17. Autrement dit, en l'absence de résistance, les ressorts 35 et 36 amèneraient leiurseurs et donc les pignons en fin- de course vers le pourtour du disque 11. Aux tractions exercées par les ressorts 35 et 36 résistent des cordons-tirettes 37 et 38, reliés aux curseurs 29 et 30 et qui rejoignent vers r intérieur la zone médiane de la structu- re, puis contournent des poulies convenables pour aller s'enrouler dans le mEme sens sur un tambour 39. Grâce à cet agencement, on voit que lorsqu'on fait tourner le tambour 39 dans le sens de la flèche 40, au moyen d'une poignée qui lui est fixée, la traction appliquée aux cordons 37 et 38 déplace conjointement l'un vers l'autre les curseurs et donc les pignons 16 et 17. quand la force d'enroulement cesse de s'exercer sur le tambour 39, les ressorts 35 et 36 rappellent les curseurs 29 et 30 et ainsi les pignons 16 et 17 à l'opposé l'un de vautre, De mode de fonctionnement de la transmission à engrènement positif et à rapport variable ressort avec évidence de l'ex- posé qui précède. On supposera, d'une part, que les premier et second pignons 16 et 17 sont placés sensiblement comme représenté sur les figures 1 et 2, de sorte que le premier pignon engrène avec l'un des secteurs dentés 12, tandis que le second pignon 17 est situé sur un secteur lisse; d'autre part, que 11 arbre d'entrée 21, tel que représenté sur la figure 2, tourne dans le sens des flèches, de sorte que le disque Il tourne dans le sens anti-horai re sur la figure 1. On voit que le pignon 16, entraSné positivement, fait tourner 11 arbre 14, dont le mouvement est transmis par les pignons d'angle à 1' arbre de sortie 19. Quand le premier pignon 16 franchit le secteur denté 12, le second pignon 17 atteint un autre secteur denté 12 et tourne alors en sens opposé, faisant tourner son arbre 15 en sens opposé à celui de la rotation antérieure de l'arbre 14. Comme le montre la figure 2, cette rotation de sens opposé de l'arbre 15, transmise par l'ensemble de pignons d'angle 18, continue à faire tourner arbre 19 dans le même sens. Les premier et second pignons sont ainsi alternativement entraînés par les secteurs dentés et, du fait que chacun d'eux est suspendu à la Cardan sur son arbre, 1 'engrènement a lieu uniment et l'accouplement est robuste. Pour changer le rapport de transmission entre les arbres d'entrée 21 et de sortie 19, il suffit de faire varier simultanément les distances radiales des pignons 16 et 17 au centre du diti que. Ainsi, en déplaçant à l'aide d'un mécanisme convenable, symbolisé en 20 sur les figures 1 et 2, les pignons 16 et 17 radialement vers l'extérieur, on fait engrener ces pignons avec un nombre de plus en plus grand de dents de chaque secteur denté, pour un mouvement angulaire donné du disque 19, ce qui augmente de plus en plus le rapport entre la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 19 et celles du disque Il et de l'arbre d'entrée 21. Quand on rapproche les pignons 16 et 17 du centre du disque, on réduit progressivement le nombre de dents de secteurs dentés engrenant avec ces pignons pour un mouvement angulaire donné du disque 11, de sorte qu'à chaque révolution du disque Il correspond un nombre de plus en plus faible de révolutions de l'arbre de sortie 19. On voit donc qu'on fait varier uniment le rapport de transmission entre les arbres d'entrée et de sortie en déplaçant les pignons 16 et 17 vers l'intérieur et vers l'extérieur0 De plus, 1' engrènement est toujours positif dans le train d'engrenages reliant les arbres d'entrée et de sortie et la transmission est robuste parce que les dents des pignons 16 et 17 peuvent eAtre relativement longues. L'invention offre donc, comme le montre avec évidence l'exposé qui précède, une transmission à engrènement positif et à rapport variable. REUENDICA2IOIE. 1. Transmission à engrènement positif et à rapport variable en continu, caractérisée en ce quelle comporte en combinaison : a) un bats; b) un arbre d'entrée tourillonnant dans ce bâti; c) un arbre de sortie tourillonnant dans le bâti; d) un disque plat monté sur un premier desdits arbres d'entrée et de sortie et comportant sur sa face active un nombre impair de secteurs dentés dont chacun présente des dents parallèles qui s'étendent du pourtour vers le centre du disque parallèlement à un diamètre du disque passant par le milieu du secteur denté, ces secteurs dentés étant angulairement équidistants sur la face active du disque et définissant entre eux un nombre impair de secteurs lisses de façon qu'un secteur lisse soit diamé tralement oppose à chaque secteur denté;; e) un premier et un second arbres coaxialement alignés tourillonnant individuellement dans le bàti, au-dessus de ladite face du disque, dans un plan diamétral du disque; f) un premier et un second pignons, respectivement ciavetés sur lesdits premier et second. arbres pour pouvoir coulisser sur eux, ces pignons étant radialement équidistants du centre du disque, l'un d'eux engrenant avec un secteur denté chaque fois que l'autre n'engrène pas parce qu'il est situé sur un secteur lisse, de sorte qu'il y a constamment engrènement entre l'un ou l'autre de ces pignons et le disque; g) des moyens permettant de régler la distance radiale desdits pignons au centre du disque pour régler le rapport de vitesses entre les arbres d'entrée et de sortie; et h) un engrenage central monté sur le second desdits arbres d'entrée et de sortie et inter-accouplant les extrémités intérieures opposées desdits premier et second arbres coaxialement alignés, qui tournent en sens opposés autour de leur axe commun, de sorte que quand lesdits premier et second pignons tournent al- ternativement en sens opposés, l'engrenage central tourne en continu dans un certain sens, cet engrenage central étant disposé aur dessus de ladite face de disque et centré sur l'axe de cette face, l'agencement étant tel que, lorsqutil tourne,l'arbre d'entrée fait tourner l'arbre de- sortie, qtte ee soient lesdits pi- gnons qui entraident le disque (au cas où le disque est monté sur l'arbre de sortie et I'engrenage central sur l'arbre d'entrée) qqle ce soit ou disque guai entraxe lesdits pignons (au cas où le disque est monté sur l'arbre d'entrée et l'engrenage central sur l1ar- bre de sortie). 2. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun desdits premier et second pignons présente des dents dont la longueur axiale est supérieure au double de leur pas, ce qui rend plus robuste l'accouplement assuré par la transmission. 3. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun desdits premier et second pignons présente sur 1' arbre auquel il est accouplé un montage articulé avec une suspension à la Cardan qui lui permet de prendre le biais voulu pour bien engrener avec les dents parallèles de chaque secteur denté du disque, 4. Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens permettant de régler les distances radiales des premier et second pignons au centre du disque comportent un premier et un second moyens positionneurs propres à faire glisser les premier et second pignons respectifs sur les premier et second arbres en les maintenant équidistants du centre du disque.