Brevet FR2468039A1 — publié le 19810430

MULTIPLICATEUR DE GAMMES POUR L'ENTRAINEMENT EN ROTATION D'UN ARBRE TRANSMETTEUR DE PUISSANCE ET APPLICATION AUX VEEICULES AUTOMOBILES La présente invention est relative aux dispositifs qui sont mis en oeuvre pour modifier les gammes de vitesses de rotation ou de cou- ples transmises à un arbre récepteur à partir d'un organe moteur quelconque. Dans le domaine technique ci-dessus, il est connu de modifier l'entrafnement en faisant varier les caractéristiques de l'organe moteur. A cette fin, il est connu d'utiliser une botte de vitesses lorsque l'organe moteur est du type thermique ou, par exemple, encore de faire varier le débit d'une pompe dans le cas d'installa- tion de puissance du type hydraulique. Dans le premier cas, les possibilités de variation sont définies par les caractéristiques de la botte de vitesses et, dans certaines applications, on ressent le besoin de fournir des possibilités sup- plémentaires généralement intermédiaires aux rapports introduits par la constitution propre de la botte de vitesses. Pour ce faire, il est connu de mettre en oeuvre des organes intermédiaires multi- plicateurs ou démultiplicateurs mais ces éléments sont le plus sc u- vent incorporés à la botte de vitesses et ont l'inconvénient de sur- charger notablement cette dernière au point de rendre son exécution complexe et difficile et son utilisation délicate et de transformer des couples ou des vitesses de rotation élevés. Dans le cas d'installation du type hydraulique, les possibilités de variation offertes par les gammes de débits des pompes connues ne permettent pas de répondre à toutes les exigences d'utilisation. On a proposé, dans certaines réalisations, de compléter les pompes à débit variable par des moteurs à cylindrée variable, mais alors, dans un tel cas, si une gamme de variation plus importante peut in- tervenir en modifiant les caractéristiques de l'un ou des deux com- posants, il est néanmoins fréquent qu'il ne puisse pas etre obtenu r - des vitesses de rotation élevées et/ou des couples élevés de l'arbre récepteur chargé de transmettre la puissance aux organes d'utilisa- tion. L'objet de l'invention est de remédier à l'inconvénient connu des solutions actuelles en proposant un multiplicateur de gammes pou- vant etre interposé sur toute installation d'entrarnement en rotation d'un arbre récepteur, quelle que soit l'énergie transformée. Un autre objet de l'invention est de créer un multiplicateur de gammes particulièrement compact et robuste, susceptible de résis- ter à des variations de charges importantes lui conférant ainsi des domaines d'application nombreux. Un objet supplémentaire de l'invention est de proposer un multi- plicateur de gammes tout particulièrement conçu pour qu'à l'état de repos il représente un organe d'immobilisation efficace et sr contre tout entraînement en rotation intempestive de l'arbre récep- teur. Un objet supplémentaire encore de l'invention réside dans le fait que son fonctionnement peut etre subordonné à tout type d'énergie utilisée, indifféremment pneumatique, hydraulique, électrique ou électronique, voire purement mécanique. Un objet supplémentaire de l'invention réside en outre dans le fait qu'il est conçu de manière à permettre un changement de gamme en- tre l'organe moteur et l'organe récepteur, meme et surtout durant un fonctionnement en charge, sans qu'il en résulte de modifications perceptibles et sensibles de l'entrainement en rotation de l'organe récepteur. Un objet supplémentaire encore de l'invention est que la conception retenue permet de réaliser un dispositif compact mais néanmoins ca- pable, par ses organes constitutifs, de supprimer les solutions de con- tinuité entre les courbes de couples et de vitesses. Conformément à l'invention, le multiplicateur de gammes pour l'entrarnement en rotation d'un arbre transmetteur de puissance est caractérisé en ce qu'il comprend dans un carter - un arbre de sortie solidaire d'une grande couronne - un arbre d'entrée muni d'un pignon menant - et une pluralité de lignes d'arbres qui sont chacune, d'une part, munie d'un pignon d'attaque en prise permanente avec la grande couronne et, d'autre part, associée à un pignon pour l'entrafne- ment en rotation de la ligne d'arbres considérée à partir du pi- gnon menant, ledit pignon d'entraînement étant maintenu en prise avec ladite ligne d'arbre par un embrayage propre à état de repos embrayé. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés. La fig. 1 est une vue transversale de l'objet de l'invention. La fig. 2 est une coupe prise selon la ligne brisée II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une vue schématique illustrant plus clairement la constitution du multiplicateur selon la fig. 2. Les fig. 4 et 5 représentent des exemples schématiques d'appli- cation du dispositif. Les fig. 1 à 3 montrent que le multiplicateur de gammes, confor- me à l'invention, comprend un carter 1 constitué par deux demi- corps 2 et 3 assemblés entre eux par des vis 4. Les demi-corps 2 et 3 sont chacun fermés sur leur face en regard par une cloison et 6 et délimitent ainsi deux chambres indépendantes 7 et 8. Le demi-corps 2 supporte un arbre de sortie 9 qui est monté dans deux paliers 10 et 11 respectivement prévus au niveau du nez du demi-corps 2 ainsi que dans la cloison correspondante 5. L'arbre de sortie 9 supporte une grande couronne 12 occupant la chambre 7 et se trouvant immobilisé axialement et angulairement sur l'arbre 9. Le demi-corps 3 supporte intérieurement un arbre d'entrée 13 qui est porté par deux paliers 14 et 15 respectivement prévus dans le flasque arrière 16 du demi-corps 3 et dans la cloison frontale 6 de ce dernier. L'arbre d'entrée 13 est destiné à etre rendu solidaire angulairement d'un organe d'entrainement 17 pouvant être constitué par un moteur 18, par exemple, adapté sur une bride 19 formée par le flasque 16. L'organe moteur 17 peut également être constitué par tout arbre d'entrarnement ou tout arbre de sortie d'un organe moteur non directement adapté sur le flasque 16. L'organe moteur peut, dans cet esprit, etre constitué par l'arbre de sortie d'une bor- te de vitesses, par exemple, ou encore par l'arbre de sortie d'un moteur hydraulique. Les cloisons 5 et 6 et le flasque 16 délimitent des paliers alignés pour le support d'une pluralité de lignes d'arbres A et, par exemple, B dans le cas de constitution faisant intervenir, comme illustré aux dessins, deux lignes d'arbes parallèles. Il est toutefois certain que le multiplicateur de gammes peut comporter un nombre de lignes d'arbres supérieur à deux. Chaque ligne d'arbres comprend un pignon 23a ou 23b qui est en prise constante avec la grande couronne 12. Dans l'exemple de cons- truction, le pignon d'attaque 23a est associé à un pignon intermédi- aire de réduction 24 pour une raison qui ressort de ce qui suit. Le pignon intermédiaire de réduction 24 est monté sur un arbre inter- médiaire 25 qui est porté par des paliers 26 respectivement délimi- tés dans les cloisons 5 et 6. Selon l'invention le mode de construction retenu consiste à réali- ser la grande couronne 12 sous la forme d'une cloche à denture pé- riphérique droite interne. De la sorte, il devient possible de loger à l'intérieur de son volume les différents paliers et pignons inter- médiaires et d'attaque des lignes d'arbres et, par suite, de réduire notablement le volume de la chambre 7. La ligne d'arbres A supporte à l'intérieur de la chambre 8 un pi- gnon 27 qui est chargé d'assurer l'entrainement de la ligne d'arbres A à partir d'un pignon menant 28 calé sur l'arbre d'entrée 13. Le pignon d'entrarheiẻnt 27 est libéré ou immobilisé angulairement d'avec la ligne d'arbres A par l'intermédiaire d'un embrayage 29 possédant la caractéristique d'être maintenu, par un organe de rap- pel élastique 30, dans un état stable ou de repos dans lequel il éta- blit la solidarisation angulaire entre le pignon d'entraînement 27 et la ligne d'arbres A. La ligne d'arbres B porte dans la chambre 8 un pignon d'entrat- nement 31 qui est mr en rotation à partir du pignon 28 par l'inter- médiaire du pignon 27 avec lequel il engrène en parmanence. Le pignon d'entrarnement 31 comporte un nombre de dents différent du pignon menant 28 et un nombre inférieur à celui du pignon d'entrar- nement 27 de la ligne d'arbres A. Le pignon 31 est monté libre en rotation sur la ligne d'arbres B de laquelle il peut etre solidarisé angulairement par l'intermédiaire d'un embrayage 32, de meme constitution que l'embrayage 29 décrit précédemment. L'embraya- ge 32 comporte donc aussi un organe élastique de rappel 33 agissant pour maintenir toujours le pignon d'entraînement 31 en relation an- gulaire avec la ligne d'arbres B. Selon une caractéristique constructive, il est prévu de disposer les embrayages en bout des lignes d'arbres et à l'intérieur de la chambre 8. De la sorte, il devient possible de placer les pignons d'entraînement dans un plan commun. Ceci permet de réduire nota- blement le volume occupé par l'ensemble de ces organes. Selon la caractéristique de l'invention, les embrayages 29 et 32 sont prévus pour occuper un état de repos maintenant la liaison an- gulaire entre les pignons 27 et 31 et les lignes d'arbres A et B res- pectivement et, par conséquent, chaque embrayage est associé à une commande propre permettant de la faire passer à un seconde position dans laquelle il libère angulairement la ligne d'arbres correspondan- te du pignon d'entraînement qui est alors libre de tourner par rappcrt à la ligne d'arbres. La commande de débrayage indépendante propre à chaque embrayage 29 ou 32 peut etre de tout type convenable en fonction de l'énergie disponible et il peut etre prévu, notamment, de monter des embrayages fonctionnant à l'énergie électrique, hydrau- lique, pneumatique, voire dans certains cas mécanique. De préfé- rence, chaque commande individuelle est rapportée à une commande de sélection 34 conçue pour réaliser simultanément le maintien en position embrayée de l'un des embrayages et le passage à l'état débrayé de l'autre embrayage pour des raisons qui ressor- tent de ce qui suit. Dans le cas o les lignes d'arbres sont en nombre supérieur à deux, la commande sélective 34 est conçue de manière que la sélec- tion en position d'utilisation du rapport de l'une quelconque des lignes d'arbres résulte de l'actionnement en position débrayée simultanée des embrayages des différentes autres lignes d'arbres entrant dans la constitution du multiplicateur. Dans l'exemple illustré à la fig. 3, la commande de sélection 34 est du type à deux positions et ge t rouve illustrée sous la forme d'une vanne distributrice 35 pouvant être utilisée, par exemple, en cas d'application d'énergie hydraulique. Une disposition semblable pourrait etre retenue en cas d'utilisation d'énergie pneumatique et la vanne distributrice 35 pourrait etre aussi remplacée par un équi- pement électrique ou électronique équivalent si l'énergie utilisée pour commander le débrayage des embrayages 29 et 32 est l'élec- tricité. La vanne distributrice 35 est du type à double voie de manière à pouvoir raccorder deux circuits d'alimentation 36a et 36b menant aux embrayages 29 et 32 respectivement, à une source de produc- tion d'énergie hydraulique 37 et à une bache 38 et inversement. Le multiplicateur de gammes décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante: En supposant qu'aucune énergie, hydraulique dans le cas présent, ne soit fournie par la pompe 37, les organes élastiques 30 et 33 maintiennent les embrayages 29 et 32 dans leur état de repos ou stable de solidarisation angulaire entre les pignons 27 et 31 et les lignes d'arbres A et B. Etant donné que les lignes d'arbres A et B sont par ailleurs engrenées avec la grande couronne 12 et que les rapports de multiplication sont différents entre les arbres A et B, la position embrayée des deux embrayages 29 et 32 réalise un blo- cage et une immobilisation angulaire, entre l'arbre menant 13 et l'arbre de sortie 9. Dans un tel état, le multiplicateur de gammes représente donc un arrêt, un verrou, un blocage, ou un frein entre l'organe récepteur associé à l'arbre de sortie 9 et l'arbre d'entrée 13 associé à l'organe moteur 17. Lorsque de l'énergie hydraulique est fournie par la pompe 37, le fluide délivré emprunte la commande 36a dans l'exemple schématisé à la fig. 3, et assure donc l'alimentation de l'embrayage 29 alors que simultanément, par la vanne de sélection 35, l'embrayage 32 est maintenu par la commande 36b en liaison avec le retour à la bache 38. Par conséquent, le fluide hydraulique sous pression agit sur l'embrayage 29 contre l'action de l'organe élastique de rappel et produit donc le débrayage ou la désolidarisation angulaire entre le pignon 27 et la ligne d'arbres A. Au contraire, l'embrayage 32 reste placé sous l'influence de l'organe élastique 33 qui maintient ledit embrayage dans une position stable ou de repos dans laquelle est réalisée la solidarisation angulaire entre le pignon 31 et la ligne d'arbres B. Dans cet état, la rotation de l'organe moteur 17, quel que soit sa constitution ou le principe générateur de sa rotation, fait tourner l'arbre 13 dont le pignon menant 28 entraîne le pignon 27 amené à tourner librement sur la ligne d'arbres A sans action positive sur cette ligne. Le pignon 27 fait tourner le pignon 31 qui assure l'en- trarnement en rotation de la ligne B par l'intermédiaire de l'embra- yage 32. La rotation de la ligne d'arbres B est transmise au pignon d'attaque 23b qui fait tourner la couronne 12 entraînant la rotation de l'arbre de sortie 9 chargé de commander l'organe récepteur. Dans cet état de fonctionnement et, compte tenu de la présence du pignon 27, la ligne d'arbres B est entrainée à vitesse élevée et à faible couple. Si, dans l'état de fonctionnement ci-dessus, il devient nécessaire de fournir à l'organe récepteur entraîné par l'arbre de sortie 9 une vitesse relativement faible mais un fort couple, il suffit de comman- der la vanne de distribution 35 jusque dans la position représentée en pointillé de manière à diriger le fluide hydraulique sous pression vers l'embrayage 32 et à placer l'embrayage 29 en relation avec le retour à la bâche 38. Il s'ensuit une inversion des positions relati- ves des embrayages, de sorte que l'embrayage 29 réalise la solida- risation angulaire entre le pignon 27 et la ligne d'arbres A, alors qu'au contraire l'embrayage 32 libère le pignon 31 par rapport à la ligne d'arbres B. La rotation du pignon menant 28 est ainsi trans- mise, avec le rapport de réduction introduit par le pignon 27, à la ligne d'arbres A qui, par l'intermédiaire de son pignon d'attaque 23a et du pignon intermédiaire 24, fait tourner la grande couronne 12 chargée de commander la rotation de l'arbre 9. Il y a lieu de noter que la présence du pignon intermédiaire 24 est indispensable pour que, dans les deux cas de fonctionnement ci-dessus, la couronne 12 soit entraînée dans le meme sens de rotation. Les deux états de fonctionnement ci-dessus montrent qu'il est possible, par l'intermédiaire du multiplicateur selon l'invention, de transmettre, à un organe récepteur par rapport à un organe mo- teur, une rotation faisant intervenir des gammes de vitesse et de rotation différentes par rapport à une rotation initiale de l'organe moteur qui, elle, est déjà déterminée en fonction du réglage ou de la commande du cycle de transformation de l'organe moteur. Par conséquent, le multiplicateur de l'invention assume deux fonctions, l'une d'immobilisation et de verrouillage entre l'arbre de sortie et l'arbre d'entrée dans sa position inerte, et l'autre, de va- riation de gammes de rotation entre lesdits éléments. Il devient donc possible, à partir d'une gamme de vitesses de rotation pré- établies et conférées, par exemple, par une botte de vitesses ou par les possibilités de variation de débit d'une pompe hydraulique, de faire intervenir, en cas de besoin, une double gamme de chaque plage de la gamme initiale fixée et, par conséquent, d'adapter les conditions de rotation de l'arbre de sortie 9 en fonction des condi- tions d'utilisation de l'organe récepteur. A cet égard, il faut noter que la conception du multiplicateur est choisie pour obtenir un produit final compact et robuste dont tous les trains de pignons sont dans deux plans et dont la sélection de la ligne d'arbre en service résulte de la commande positive en déver- rouillage ou en débrayage de la ou des autres lignes par l'intermé- diaire du ou des embrayages propres à fonction d'embrayage à l'état de repos. L'ensemble de ces caractéristiques fait que le multipli- cateur peut etre facilement organisé et comprendre des trains de pignons ou des lignes d'arbres ne présentant pas de "trou" ou de solution de continuité entre les courbes de couples et de vitesses qu'ils établissent. Cet avantage est particulièrement important lorsqu'il est recherché un changement de gamme en charge, c'est- à-dire sans interruption de l'entraînement de l'organe récepteur et qu'il est souhaité qu'un tel passage s'effectue sans perturbation de la rotation dudit organe. Dans ce qui précède, il est indiqué que le passage ou la sélection de l'un des rapports de multiplication est assuré par la commande de la vanne distributrice 35. Il est certain qu'une telle commande peut etre exécutée de nombreuses façons différentes en mettant en oeuvre des énergies de transmission diverses et que le contrôle de la position de la vanne peut aussi être placé sous la dépendance des informations de sortie d'un détecteur des variations des paramètres de charges appliquées à l'organe récepteur ou, éventuellement, à l'arbre de sortie 9 du multiplicateur. Dans cette dernière éventua- lité, le changement de sélection intervient alors automatiquement dès que les charges appliquées à l'arbre de sortie varient au-delà d'une limite pré-déterminée établie. La fig. 2 ainsi que le schéma selon la fig. 3 montrent qu'il est possible d'envisager de ménager sur le flasque 16 des sorties 39 et des lignes d'arbres A et B, ces sorties pouvant être utilisées pour commander l'entralnement en rotation d'accessoires divers Le multiplicateur conforme à l'invention peut être utilisé dans de très nombreuses applications. Ln effet, il est possible de mettre en oeuvre un tel dispositif sur des machines d'usinage à fonctionne- ment automatique, de manière à commander la variation de gammes de vitesses de l'arbre 9 en fonction de la charge appliquée à l'outil de travail par son fonctionnement sur ou dans une pièce d'ouvrage. Il est également possible de considérer le multiplicateur de gam- mes comme un dispositif adaptable sur la transmission des véhicu- les automobiles au sens général. Dans cette application, la fig. 4 montre la mise en oeuvre du dispositif entre la botte de vitesses 41 associée à un moteur 42 et le différentiel 43 de transmission de mouvement aux organes de déplacement 44 schématisés, à titre d'exemple, sous la forme de roues. La fig. 5 montre un autre exemple d'application dans lequel le véhicule automobile comprend un organe moteur 45 chargé d'en- tramner en fonctionnement deux lignes 46a et 46b comprenant cha- cune une pompe hydraulique 47 à débit variable assurant l'alimenta- tion d'un moteur hydraulique 48 dont l'arbre de sortie 49 représente l'arbre d'entrée 13 du dispositif multiplicateur 1. Dans un tel cas, chaque arbre de sortie 9 assure l'entraînement en rotation de l'un des organes de déplacement 44 du véhicule qui est ainsi doté de deux lignes de puissance motrices pour deux organes de déplacement qui peuvent etre indifféremment des roues, des chaînes ou des che- nille s. Dans cette application particulière, le multiplicateur de gammes selon l'invention présente un intérêt certain sur le plan de l'encom - brement, car sa compacité permet d'envisager de le disposer dans la jante d'une roue ou dans le barbotin d'entrainement d'une chenille. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représen- té et décrit en détail car diverses modifications peuvent y être ap- portées sans sortir de son cadre. 2468039: il REVENDICATIONS 1. - Multiplicateur de gammes pour 1'entralnement en rotation d'un arbre transmetteur de puissance, caractérisé en ce qu'il com- prend dans un carter - un arbre de sortie solidaire d'une grande couronne, _ un arbre d'entrée muni d'un pignon menant _ et une pluralité de lignes d'arbres qui sont chacune, d'une part, munie d'un pignon d'atta- que en prise permanente avec la grande cou- ronne et, d'autre part, associée à un pignon pour l'entraînement en rotation de la ligne d'ar- bres considérée à partir du pignon menant, le - dit pignon d'entratnement étant maintenu en pri- se avec ladite ligne d'arbre par un embrayage propre à état de repos embrayé. 2. - Multiplicateur de gammes selon la revendication 1 caractéri- sé en ce que l'arbre de sortie est solidaire d'une grande couronne réalisée en forme de cloche et comportant une denture périphérique droite interne avec laquelle engrènent les pignons d'attaque des li- gnes d'arbres lesquels sont logés intérieurement à la cloche. 3. - Multiplicateur de gammes selon la revendication 1 ou 2 carac- térisé en ce que la grande couronne engrène en permanence avec les pignons d'attaque des lignes d'arbres qui sont associées en bout chacune à un embrayage propre à état de repos embrayé les faisant coopérer individuellement avec un pignon d'entrarnement; lesdits pignons d'entrarnement engrenant ensemble pour former un train multiplicateur de rapport de rotation engrenant en permanence avec le pignon menant. 4.-Multiplicateur selon la revendication 3 caractérisé en ce que les pignons d'entraînement des lignes d'arbres engrènent ensemble en étant situés dans un plan général commun. 5. - Multiplicateur de gammes selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les embrayages établissent, dans leur état de repos, une liaison entre les lignes d'arbres et les pignons d'entrainement qui leur correspondent et en ce que lesdits embrayages sont associé à une commande de sélection individuelle de débrayage. 6. - Multiplicateur de gammes selon la revendication 1 ou 5, ca- ractérisé en ce que les embrayages sont associés à une commande de sélection actionnant en état débrayé les embrayages des lignes d'arbres hors service et maintenant en l'état embrayé l'embrayage de la ligne d'arbre sélectionnée. 7. - Multiplicateur de gammes selon la revendication 5 ou 6, ca- ractérisé en ce que la commande de sélection est du type hydrauli- que. 8. - Multiplicateur de gammes selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la commande de sélection est placée sous la dépendance d'un sélecteur influencé par les informations délivrées par un détecteur des variations des paramètres de charge appliquée à l'arbre de sortie du multiplicateur. 9. - Application du multiplicateur selon l'une des revendications 1 à 8 à la transmission de puissance aux organes de déplacement d'un véhicule automobile. 10. - Application selon la revendication 9, caractérisée en ce que le multiplicateur est interposé entre l'ensemble moteur et le diffé- rentiel de renvoi aux organes de déplacement. 11. - Application selon la revendication 9, caractérisée en ce que le multiplicateur est interposé directement en amont de chaque or- gane de déplacement.