Brevet FR2460427A1 — publié le 19810123

L'invention a pour objet des perfectionnements apportés aux variateurs de vitesse, du type comprenant une pluralité de galets de transmission entraînés en rotation par un premier disque d'entraRnement lié en rotation à un arbre d'entrée, et entraînant à leur tour .un second disque d'entrat- nement lié en rotation à un arbre de sortie, les arbres d'en trée et de sortie étant coaxiaux, et chacun des galets de transmission étant monté rotatif autour d'un axe dont la position par rapport aux disques d'entraînement est réglable, de sorte que les rayons des galets de transmission, au niveau des points de contact avec les disques, varient de façon inverse et continue l'un par rapport à l'autre, pour modifier la vitesse de rotation de l'arbre de sortie. Il est déjà connu de tels variateurs de vitesse, dans lesquels les galets de transmission sont constitués par des galets biconiques métalliques ou par des- billes sphériques métalliques, par exemple en acier. Dans le cas de galets biconiques, ces derniers sont disposés en configuration planétaire dans un support, sur lequel les galets sont montés.au moyen de roulements à aiguilles, disposés aux deux extrémités des axes des galets qui sont inclins sur l'axe commun des arbres, le réglage de la vitesse s'effectuant en commandant., au moyen d'une crémaillère par exemple, un déplacement axial du support, c'est-à-dire une translation des axes de galets parallelement à eux-mêmes, de sorte que le rayon des galets au niveau du point de contact de l'une des surfaces coniques avec l'un des disques d'entraîne- ment varie de façon continue et inverse du rayon des galets au niveau du point de contact de l'autre surface conique avec l'autre disque d'entraînement, l'arbre de sortie tournant dans le sens inverse de l'arbre d'entrée et recevant une vitesse infiniment variable dans un rapport maximal de 1 à 12. Dans le cas où les galets sont constitués de billes sphériques, les axes de ces dernières, tournant sur deux séries de roulements à aiguilles, sont guidés à chaque extré- mité par des rainures radiales des flasques extérieures d'un carter, et passent à travers une série de fentes hélicoidales dans une plaque iris, qui peut tourner au moyen d'une vis sans fin ou d'une crémaillère, afin d'incliner les axes des billes sur l'axe commun des deux arbres, ce qui produit la variation de la vitesse entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie qui tournent dans le meme sens. Dans les deux modes de réalisation des galets de transmission, la puissance est transmise à travers un film hydrodynamique et élastique, entre les faces en contact des galets et des disques d'entraînement. Les variateurs existants présentent donc l'inconvénient de comprendre un dispositif de lubrification, assurant la projection sur ces pièces, d'une huile recommandée à cet effet. La présence d'un tel dispositif complique la réalisation des variateurs et suppose une maintenance particulière. D'autre part, et surtout, du fait du glissement que les différentes pièces métalliques présentent'entre-elles, les variateurs connus comprennent un dispositif d'autocompression à l'entrée comme à la sortie, pour ajuster automatiquement la pression nécessaire entre les galets et les disques d'entraînement en fonction du couple.Ceci est obtenu au moyen de deux disques supplémentaires, dont chacun est claveté sur l'extrémité de l'un des arbres d'entrée ou de sortie, ou monté sur l'extrémité cannelée de ces arbres, tandis que les disques d'entraînement tournent librement sur leur arbre respectif, le disque d'entraînement et le disque supplémentaire montés sur chaque arbre présentant, sur leur face en regard,des rampes en forme de V entre lesquelles sont maintenues des billes d'acier disposées dans une cage à billes. Lorsqu'un couple est transmis au variateur, les billes d'acier ont tendance à monter sur les rampes et, ce faisant, elles exercent une pression axiale supplémentaire sur les disques d'entraînement. La force de contact ainsi produite est supérieure, pour chaque charge, à celle exigée par la transmission du couple nécessaire, pour réduire autant que possible le glissement.De tels dispositifs d'autocompression viennent ainsi également rendre plus complexe et plus lourde la structure de variateurs de vitesse encombrants, n'autorisant que la transmission de puissance réduite, et donc limités dans leurs applications. Par la présente invention, on se propose de remédier à ces divers inconvénients en simplifiant et en allégeant la structure de tels variateurs, dont le rapport du couple transmis au poids et dont le coùt de fabrication seront tries nettement amélioré-s. A cet effet, un variateur de vitesse selon l'invention se caractérise en ce que chacun des disques d'entrat- nement présente des crans,-par lesquels les disques sont en contact des galets de transmission, recouverts d'un revêtement en matière plastique à faible coefficient de frottement et à faible usure. Dans une forme préférée de réalisation, dans laquelle les galets de transmission sont constitués par des billes sphériques, dont les axes, guidés par une rainure et une lumitre radiales ménagées dans un carter, ont une inclinaison commandée au moyen d'une rainure hélicoidale que présente une rampe de réglage susceptible d'être entraînée en rotation par rapport au carter, les billes étant retenues par une ceinture contre les deux disques d'entraînement, de même forme générale conique et tournant dans le même sens, les disques d'entraSne- ment sont montés coulissants en vis-à-vis l'un de l'autre chacun sur l'extrémité cannelée, interne au carter, de l'arbre correspondant, les disques étant poussés l'un vers l'autre et contre les billes par des éléments élastiques de précharge por tespar un axe central interposé entre les deux extrémités cannelées des arbres. Ces éléments élastiques de précharge sont avantageusement constitués par deux rondelles-ressorts prenant chacune appui contre une butée à billes portée par l'axe central. Chacune des rondelles-ressorts peut par ailleurs prendre appui contre une plaque de poussée annulaire, solidaire du disque d'entraînement correspondant, et entourant l'axe central, ou bien, selon une autre réalisation, être étoilée sur son pourtour externe par lequel elle applique, contre un épaulement radial interne du disque d'entraînement correspondant, un cachetôle ayant la forme d'une couronne annulaire, entourant l'axe central. Dans ces formes de réalisation, l'ensemble constitué par les billes, les disques d'entrainement, l'axe central et les éléments élastiques de précharge constitue un module susceptible d'être assemblé et préréglé avant le montage général. Afin de simplifier le montage des axes des billes sur le carter et de faciliter le réglage de la commande de leur inclinaison, l'une des portions de l'axe des billes, saillant d'un côté de ces dernières, présente une extrémité conformée en patin, muni de deux plats, et guidé dans la rainure radiale ménagée dans la face interne d'un premier flasque latéral de carter, tandis que la portion de l'axe des billes, saillant de l'autre côté de ces dernières, est entourée d'un manchon de guidage traversant la lumière radiale ménagée dans un second flasque latéral de carter, en vis-à-vis du premier, l'extrémité de cette portion portant un roulement à aiguilles repu dans la rainure hélicoldale de la rampe de réglage, qui est disposée à l'extérieur du second flasque de carter. Le montage de la rampe de réglage est facilité si cette dernière est portée par une couronne de carter, solidaire des deux flasques, par l'intermédiaire d'une pluralité de billes séparées par des intercalaires et retenues dans un chemin de roulement défini par une gorge de section circulaire délimitée entre la couronne de carter, la rampe de réglage et une plaque de retenue solidaire de la rampe de réglage. Enfin, la commande de la rotation de la rampe de réglage vis-à-vis du carter peut être assurée par une vis sans fin ou une crémaillere portée par la couronne de carter et coopérant avec un crantage sur la rampe de réglage. L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exem- ple particulier de réalisation décrit ci-après, à titre non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles e la figure 1 représente une vue essentiellement en coupe axiale du variateur de vitesse, - la figure 2 représente une variante de réalisation d'une partie du variateur selon-la figure 1, - la figure 3 représente, en coupe selon une direction perpendiculaire au plan de la figure 1, une autre partie du variateur selon la figure 1, - et la figure 4 représente une vue schématique d'une troisième partie du variateur selon la figure 1. En référence aux figures 1 à 4, le variateur comprend un arbre d'entrée ou primaire 1, entrainé en rotation par tout moyen connu (non représenté), et monté rotatif dans la partie centrale 2 d'un flasque 3 de carter au moyen de roulements à gorges profondes 4 retenus contre des épaulements internes radiaux 5 et 6 de la partie centrale 2, l'un par un écrou 7, vissé sur l'extérieur de la partie centrale 2 du flasque 3, l'autre par un joint d'étanchéité 8, lui-même appliqué contre l'extrémité élargie et cannelée 9 de l'arbre primaire 1.Entre les bagues internes des roulements 4, est disposée une entretoise 10 percée d'un orifice 11 sur lequel débouche un passage radial 32 de l'arbre 1, en communication avec un perçage axial de graissage 33 traversant l'axe 1 de part en part, afin d'assurer le graissage des roulements 4, le joint d'étanchéité 8 évitant toute projection d'huile de lubrification vers les billes de transmission, comme il sera expliqué ci-apres. Sur l'extrémité élargie et cannelée 9 de l'arbre 1 est montée coulissante la partie arrière 11 d'un disque d'entraînement 12 dont la partie avant 13 a une forme générale conique et présente, dans sa portion de plus grand rayon, une surface de friction crantée 14, maintenue en contact d'une pluralité de billes sphériques 15, retenues par une ceinture externe 16 et par une surface de friction crantée identique 14' disposée en vis-à-vis, sous l'effet de moyens élastiques de précharge.La surface de friction crantée 14' est présentée par un second disque d'entraînement 12', identique au disque 12, et monté coulissant par sa partie 11' sur l'extrémité élargie et cannelée 9' d'un arbre-de sortie ou secondaire 1' identique à l'arbre primaire 1, et dont le montage -sur un flasque de carter 17 est identique au montage de l'arbre 1 sur le flasque 3, au moyen de deux roulements 4 d'un écrou 7 et d'une entretoise 10. Les moyens élastiques de précharge, appliquant les surfaces de.friction crantées 14 et 14' contre les.billes 13, sont constitués par deux rondelles-ressorts 18, dont chacune prend appui, comme cela est représenté sur la figure 1, par on pourtour externe contre une plaque de poussée annulaire 19, vissée sur la face interne de la partie avant 13 ou 13' du disque d'entraînement 12 ou 12' correspondant, et par son pourtour interne contre une butée à billes 20, elle-même retenue contre un épaulement radial externe 21 ou 22 d'un axe central 23 interposé entre les deux extrémités élargies et cannelées 9 et 9' des arbres d'entrée 1 et de sortie 1', et constitué de deux parties tubulaires 24 et 25, portant chacune l'un des épaulements 21 et 22, et vissées l'une dans l'autre, la désolidarisation des parties tubulaires 24 et 25 étant éventuelle ment empéchée par un pion d'arrêt, non représenté, traversant l'épaulement 22 de la partie tubulaire 25 et pénétrant axialement dans la partie tubulaire 24. Les flasques de poussée annulaire 19, qui entourent l'axe central 23, sont de préférence munis d'un logement recevant un joint d'étanchéité 26 empéchant tout passage vers l'espace libre entre les deux plaques 19 et vers les billes 15, de l'huile de lubrification des butées à billes 20, provenant des passages radiaux. 27 et 28 prévus dans l'axe central 23, et débouchant dans les alésages internes des parties tubulaires 24 et 25, en communication l'un avec l'autre et avec les per çages axiaux 33 et 33' des arbres d'entrée 1 et de sortie 1'. Sur la figure 2, on a représenté une variante du montage des rondelles-ressorts 18. Ces dernières s'appuyent toujours, par leur pourtour interne, contre une butée à billes 20, mais leur pourtour externe, étoilé pour faciliter l'emmanchement, applique directement contre un épaulement radial 29 ou 29', présenté à l'extrémité antérieure et sur la face interne de la partie avant 13 ou 13' du disque d'entraînement 12 ou 12' correspondant, un cache-tôle 30 ayant la forme d'une couronne annulaire dont le bord interne est enserré par un joint d'étanchéité 31, entourant l'axe central 23 et analogue au joint d'étanchéité 26 de la figure 1. Les billes sphériques 15, contre lesquelles les disques d'entraînement 12 et 12' sont appliqués avec une pression qui ne dépend que du tarage des rondelles-ressorts 18, sont constituées chacune de deux hémisphères creux emboutis 34 et 35, montés en rotation sur un axe 36 au moyen de roulements 37 retenus contre deux collerettes 38 de l'axe 36, les deux hémisphères creux 34 et 35 étant assemblés par brasage par induction en 39, sous pres-sion déterminée, tandis que le volume interne libre de chaque sphère 15 est rempli de graisse graphitée, assurant la lubrification des roulements -37, l'étanchéité vers'l'extérieur étant assurée par deux petits joints 40 entourant l'axe 36 à sa sortie des hémisphères 34 et 35, lesquels sont recouverts d'un revêtement 41 d'une matière plastique à faible coefficient de frottement et à faible usure, telle que les matières plastiques commercialisées sous le nom de marque de DELRIN 500 CL ou de RILSAN, dont la dureté shore est comprise entre 80 et 90, et qui semblent également posséder les qualités requises de fluage. Les surfaces de friction crantées 14 et 14' des disques 12 et 12' seront donc en contact des revêtements 41 des sphères 15, lesquels présentent avantageusement des pions d'ancrage 42 dans l'épaisseur des hémisphères 34 et 35. L'extrémité de la portion 43 de l'axe 36, saillant des sphères 15 du côté de l'arbre de sortie 1', est conformée en patin 44 présentant deux plats par lesquels le patin 44 est guidé dans une rainure radiale 45 ménagée dans la face interne de la partie périphérique du flasque latéral 17 du carter, alors que la portion 46 de l'axe 36, saillant des sphères 15 du côté de l'arbre d'entrée 1, est entourée d'un manchon de guidage 47 traversant une lumière radiale 48 ménagée dans la partie périphérique du flasque latéral 3 du carter, ces parties périphériques des flasques 3 et 17 étant constituées par des portions toriques concentriques aux sphères 15.De plus, comme représenté sur la figure 4, l'extrémité 49 de la portion 46 porte un roulement à aiguilles 50 reçu dans l'une d'une pluralité de rainures hélicoidales 51 ménagées dans une rampe de réglage 52, disposée à l'extérieur du flasque 3 de carter, et également concentrique aux sphères 15. La rampe de réglage 52 est elle-même portée par une couronne de carter 53, sur laquelle les flasques latéraux 3 et 17 de carter sont vissés par des vis 54 de façon à constituer une ossature servant de support à l'ensemble du dispositif. La rampe de réglage 52 est reliée à la couronne de carter 53 par l'intermédiaire de billes à roulement en acier 55, espacées par des intercalaires en plastique, et reçues dans un chemin de roulement constitué par une gorge circulaire, délimitée par une rainure pratiquée dans la couronne 53, un congé sur la bordure périphérique de la rampe de réglage 52, et un congé sur une plaque de retenue 56 fixée à la rampe 52 par des vis 57, de sorte que la rampe de réglage 52 est susceptible de subir une rotation par rapport au carter, autour de l'axe commun des arbres 1 et 1', qui constitue l'axe de symétrie du variateur.Cette rotation est commandée par une vis sans fin 58 montée rotative sur la couronne de carter 53, et engrenant avec un crantage ou une denture 59 à la périphérie de la rampe de réglage 52, comme représenté sur la figure 3. Le variateur dont la structure vient d'être décrite fonctionne de la même façon que les variateurs analogues connus : le mouvement de rotation est transmis à l'arbre primaire 1, qui, par l'intermédiaire du disque d'entraînement 12 et de sa surface de friction crantée 14, entraîne les sphères 15, lesquelles > à leur tour, transmettent le mouvement de rotation au disque d'entraînement 12' et à l'arbre secondaire 1'. Les vitesses de rotation des deux arbres varient de façon continue et inverse l'une de l'autre, selon l'inclinaison des axes 36 des sphères 15 sur l'axe de symétrie du variateur. Il est évident que lorsque les axes 36 des sphères 15 sont parallèles aux arbres de transmission (position B sur la figure 1), la vitesse d'entrée est égale à la vitesse de sortie, parce que les rayons des sphères 15 sur les points de contact avec les disques 12 et 12' sont égaux. Par la rotation de la vis sans fin 58, on commande la rotation, sur les billes 55, de la rampe de réglage 52, ce qui provoque un réglage synchronisé de l'inclinaison des axes 36 des sphères 15 sur les axes des arbres 1 et 1', par déplacement des extrémités 49 des axes 36 dans les rainures hélicoidales 51 de la rampe de ré- glage 52.En position A sur la figure 1, du fait de la variation relative continue et inverse des rayons des sphères 15 sur les points de contact avec les disques 12 et 12', la vitesse de l'arbre de sortie 1' est réduite par rapport à celle de l'arbre d'entrée 1, tandis qu'en position C, la vitesse de l'arbre de sortie 1' est augmentée par rapport à celle de l'arbre d'entrée 1. Contrairement à ce qu'il se produit lors du fonctionnement des variateurs connus, il ne peut y avoir de gli-ssement, car le crantage des surfaces de friction 14 et 14' des disques 12 et 12' agit comme une mini denture sur le revêtement plastique 47 des sphères 15. Pour cette raison, l'usinage des disques crantés 12 et 12' est particulièrement soigné, et le crantage est prévu "poli miroir" pour éviter toute détérioration du revêtement plastique 41. Sur le plan de la facilité de montage et de re- glage de l'appareil, il est à noter que ce variateur est constitué de sousensembles ou modules interchangeables pouvant etre facilement prémontés et réglés avant l'assemblage général. En particulier, la ceinture 16, les sphères 15 avec leurs axes 36 équipés, les disques 12 et 12', l'axe central 23, les rondelles-ressorts 18, les plaques de poussée 19 et les butées à billes 20 constituent un module qui sera préassemblé et préréglé à la pression indiquée, avant montage dans le carter, sur les arbres 7 et 1'. Les possibilités du variateur, quant au rapport total des vitesses entre l'entrée et la sortie, dépendent du choix qui sera fait du nombre des sphères 15, de leur diamètre et du diamètre des disques 12 et 12'. La puissance transmissible varie également avec le nombre de sphères 15, ce nombre étant limité par le fait que le diamètre des sphères 15 détermine leur régime de rotation, qui ne doit pas être trop élevé, au risque de poser des problèmes de graissage de- l'axe 36 et des roulements internes 37. La -réalisation de certains composants peut varier selon les couples à transmettre. Certains éléments, flasques et couronne de carter, rampe de réglage,-disques d'entraînement peuvent être moulés de précision, en acier par exemple, ou bien être emboutis en totalité ou en partie. On peut également utiliser des disques d'entraînement d'un autre type, équipés de ressorts à membrane, ou à diaphragme, analogues à ceux utilisés dans les embrayages d'automobiles, pour appliquer deux surfaces d'appui sur les sphères, sans avoir besoin des ron delles-ressorts. Sur les figures 1 et 3,la rotation de la rampe de réglage 52 est commandée par une vis sans fin 58, mais d'autres moyens peuvent être utilisés, tels qu'une crémaillère déplacée par un servo-mécanisme sensible à la valeur du couple, ou par une servo-commande hydraulique ou électronique déterminant automatiquement le choix du meilleur rapport en fonction des couples d'entrée et de sortie du variateur, de tels dispositifs étant connus en eux-m8mes et déjà utile sés pour la commande des variateurs connus. Un variateur de vitesse selon l'invention peut être utilisé sur une machine outil de moyenne puissance, la commande manuelle étant indiquée pour ce cas, sur un canot à moteur, avec un servo-mécanisme de commande automatique en fonction du couple demandé, sur vélomoteur ou motocyclette, ou sur voiture automobile de petite cylindrée, ces applvcations étant nullement limitatives. Sur la figure 1, on a représenté des arbres 1 et 1' coaxiaux et dans le prolongement l'un de l'autre, une bonne linéarité de la relation donnant la vitesse de sortie en fonction. de la commande de la position de la rampe de ré- glage étant, dans ce cas, obtenue si le dispositif de commande est disposé du côté de l'arbre d'entrée. Mais il est bien évi- dent que l'on pourrait, dans le cadre de la présente invention, monter les deux arbres du même côté du variateur, l'un traversant autre, par exemple l'arbre d'entrée étant disposé coaxialement à l'intérieur de l'arbre de sortie. REVENDiCATiONS 1/ Variateur de vitesse, du type comprenant une pluralité de galets de transmission, entraînés en rotation par un premier disque d'entraînement lié en rotation à un arbre d'entrée, et entraînant à leur tour un second disque d'entraî- nement lié en rotation à un arbre de sortie, les arbres d'entrée et de sortie étant coaxiaux, et chacun des galets de transmission étant monté rotatif autour d'un axe dont la position par rapport aux disques d'entraînement est réglable, de sorte que les rayons des galets de transmission au niveau des points de contact avec les disques varient de façon inverse et continue l'un par rapport à l'autre pour modifier la vitesse de rotation de l'arbre de sortie, caractérisé en ce que chacun des disques d'entraînement présente des crans, par lesquels les disques sont en contact des galets de transmission, recouverts d'un revêtement en matière plastique à faible coefficient de frottement et à faible usure. 2/ Variateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les galets de transmission sont constitués par des billes sphériques, dont les axes, guidés par une rainure et une lumière radiales ménagées dans un carter, ont une inclinaison commandée au moyen d'une rainure hélicoidale que présente une rampe de réglage susceptible d'être entraînée en rotation par rapport au carter, les billes étant retenues par une ceinture contre les deux disques d'entrasnement, de même forme générale conique et tournant dans le même sens. 3/ Variateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les disques d'entraînement sont montés coulissants en vis-à-vis l'un de l'autre chacun sur l'extrémité cannelée, interne au carter, de l'arbre correspondant, les disques étant poussés l'un vers l'autre et contre les billes par des éléments élastiques de précharge portés par un axe central interposé entre les deux extrémités cannelées des arbres. 4/ Variateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments élastiques de précharge sont constitués par deux rondelles-ressorts prenant chacune appui contre une butée à billes portée par l'axe central. 5/ Variateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune des rondelles-ressorts prend également appui contre une plaque de poussée annulaire, solidaire du disque d'entraînement correspondant, et entourant l'axe central. 6/ Variateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune des rondelles-ressorts est étoilée sur son pourtour externe par lequel elle applique > contre un épaulement radial interne du disque d'entraînement correspondant, un cache-tsle ayant la forme d'une couronne annulaire entourant l'axe central. 7/ Variateur selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'une des portions de l'axe des billes, saillant d'un côté de ces dernières, présente une extrémité conformée en patin, muni de deux plats, et guidé dans la rainure radiale ménagée dans la face interne d'un premier flasque latéral de carter. 8/ Variateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la portion de l'axe des billes, saillant de l'autre côté de ces dernières, est entourée d'un manchon de guidage traversant la lumière radiale ménagée dans un second flasque latéral de carter, en vis-à-vis du premier, l'extré- mité de cette portion portant un roulement à aiguilles reçu dans la rainure hélicoidale de la rampe de réglage, qui est disposée à l'extérieur du second flasque de carter. 9/ Variateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la rampe de réglage est portée par une couronne de carter, solidaire des deux flasques, par l'intermédiaire d'une pluralité de billes séparées par des intercalaires et retenues dans un chemin de roulement défini par une gorge de section circulaire délimitée entre la couronne de carter, la rampe de réglage et une plaque de retenue solidaire de la rampe de réglage. 10/ Variateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la rampe de réglage présente un crantage coopérant avec une vis sans fin ou une crémaillère portée par la couronne de carter pour commander la rotation de la rampe de réglage vis-à-vis du carter.