Brevet FR2476256A1 — publié le 19810821

ROUE DE TRANSMISSION A DIAMETRE VARIABLE La présente invention concerne les transmissions de puissance à variation continue de vitesse. De nombreux systémes ont été proposés pour transmettre la puissance entre deux arbres rotatifs tout en permettant de modifier leur rapport de vitesse. Néanmoins, tous les systèmes connus, qu'ils soient à variation continue ou étagée, présentent des inconvénients et des insuffisances : par exemple, alors que les systèmes à variation continue permettent un changement progressif du rapport de vitesse sans discontinuité de la transmission de puissance ainsi qu'un nombre infini de rapports, ils sont en général caractérisés par un mauvais rendement mécanique. Dans le cas particulier de la bicyclette, les transmissions couramment utilisées ne présentent en général qu'un nombre limité de rapports de vitesse utilisables 3 3 à 5 pour le moyeu epicycloldal et 7 à 8 pour le dérailleur. Le changement de rapport se fait en discontinu avec arrêt ou réduction très nette de la puissance transmise. De plus, dans le cas du dérailleur, ce changement n'est pas possible a l'arrêt Enfin, les deux transmissions présentent des pertes mécaniques additionnelles qui résultent, dans le cas du dérailleur, du mauvais alignement de la chaine, et dans le cas du moyeu épicycloidal, d'engrenages multiples travaillant en série. Le dispositif suivant l'invention, est une transmission de puissance mécanique qui est caractérisée à la fois par un très haut rendement mécanique et par un nombre très grand ou infini de rapports de vitesse avec passage en continu d'un rapport au rapport voisin. Dans le cas particulier de la bicyclette, le dispositif est de plus automatique. L'objet de l'invention est un dispositif d'entratnement rotatif pour transmission comportant un brin d'entratnement flexible sans fin qui comprend un support rotatif portant un ensemble d'éléments de contact disposes angulairement pour entrainer le brin, les éléments de contact pouvant se déplacer selon une direction généralement radiale, et un moyen permettant de contr8ler leur déplacement radial de facon & faire varier le diamètre effectif du dispositif. De préférence, les éléments de contact peuvent se déplacer aussi bien lorsque le support est a' à l'arrêt que tournant. Selon une réalisation de l'invention, le support comporte un ensemble de guides genéralement radiaux pour les élément de positionnement pivotant par rapport au support et ayant un ensemble correspondant de guides inclines qui positionnent radialement les éléments de contact. Selon une autre réalisation de l'invention, chaque élément de contact peut être monté sur un bras pivotant porté par le support. Les bras pivotants peuvent etre couplés angulairement par un système de barrettes de façon à provoquer un déplacement radial d'ensemble des éléments de contact. Un système simple de barrettes est celui qui comporte autant de barrettes qu'il y a de bras pivotants, deux bras adjacents quelconques étant couplés par une barrette pivotant à ses extrémités et formant un parallélogramme avec les deux pivots de rotation des bras. Lorsque l'invention est utilisée dans une transmission à channe ou à courroie crantée, les éléments de contact ont, pour quelques uns d'entre eux ou dans leur totalité, une ou plusieurs dents ou encoches qui peuvent engrener avec la chaine ou la courroie. Dans ce cas, certains éléments de contact peuvent tourner ou pivoter, et le dispositif comporte un moyen leur imposant des déplacements angulaires conjugués. Ce moyen fait de préférence tourner ou pivoter les éléments de contact d'angles-multiples ou sous-multiples d'un angle donné et des avantages particuliers peuvent résulte de piv,otements ou de rotations des éléments de contact dans des sens différents. Dans tous les cas, le dispositif comprend de préférence un moyen qui empêche ou qui restraint le pivotement ou la rotation d'au moins deux éléments de contact. De nombreuses méthodes existent pour contrôler le pivotement des éléments de contact. L'une d'entre elles consiste à avoir une crémaillére montée généralement radialement sur le support et engrenant avec un pignon couplé à l'élément de contact. Une autre méthode consiste à avoir un brin flexible (ou barrette) attaché à une extrémité à l'élément de contact et, à l'autre, à une partie relativement stationaire du support. Une manière d'arrêter le pivotement d'un élément de contact consiste à utiliser un mécanisme a parallélogramme qui maintient cet élément constant en direction par rapport a des points fixes du support. Selon un mode de réalisation du moyen de contrôle du déplacement radial des éléments de contact, le dispositif adapte automatiquement son diametre effectif en fonction de la tension exercée sur le brin d'entraSnment. Par exemple, un accouplement élastique peut être incorporé dans le dispositif, entre le support et au moins l'un des éléments de contact, qui tend à écarter les éléments de contact radialement. Dans ce cas, le dispositif peut, de plus, comprendre un moyen de verrouillage qui s'oppose au déplacement radial des éléments de contact sur un secteur désiré de la rotation du support. Ce moyen de verrouillage peut revetir la forme d'une campe de verrouillage automatique actionnée par la rotation du support et effective sur un secteur prédéterminé de la rotation du support par rapport a la structure qui porte le dispositif. Le moyen de verrouillage peut également entre disposé de manière à empêcher tout déplacement radial des éléments de contact sur un secteur du support positionné par rapport à une manivelle ou un arbre d' entrainement du support. Le verrouillage peut être obtenu en verrouillant le pivotement ou la rotation des éléments de contact. La chaSne ou la courroie crantée peut être utilisée à cette fin. I1 est généralement préférable que le verrouillage s'opére sur un secteur supérieur à 225 , voire 240 . Les résultats optimums sont obtenus lorsque le verrouillage est effectif sur un secteur d'au moins 300 . Selon un autre mode de réalisation du moyen de contré du déplacement radial des éléments de contact, le dispositif peut comprendre soit un systère à visserie, soit un servo électrique ou hydraulique qui peut être commandé de l'extérieur. Deux modes de réalisation du dispositif conforme à la présente invention sont illustrés, à titre d'exemple, par Figure 1 qui est une vue de côté d'une transmission de bicyclette à chaine, Figures 2, 3 et 4 qui sont respectivement une vue de gauche, une vue en coupe suivant les plans A-A et une vue de droite d lun premier mode de réalisation de roue dentée expansible, Figure 5 qui est une vue partielle de la roue dentée expansible comprenant des éléments de contact nondentés, Figures 6 et 7 qui sont respectivement une vue de gauche et une de droite d'un second mode de réalisation de roue dentée expansible. La figure 1 illustre le montage d'un exemple de transmission automatique selon l'invention, sur le cadre 9 d'une bicyclette: la roue dentée 10 est montée sur l'axe 11 qui supporte les manivelles 12 et 13 comme un plateau classique et entraînée de la même manière. Elle entre la roue arrière (non représentée) de la bicyclette par l'intermédiaire d'une chaine 14 (constituant le brin d1entrainement flexible sans fin), un pignon 15 et un tendeur de chaine 16. La transmission automatique nla engénéral aucune commande externe, les changements de rapport étant déterminés par l'action des jambes du cycliste sur les pédales. Telle qu'elle est représentée figures 2, 3 et 4, la roue dentée expansible comprend un support rotatif revêtant la forme d'un disque 31 par rapport auquel tourne un plateau de position nemeent 32. Le support 31 porte en les pignons ou secteurs dentés 21, 22, 23, 24, 25 and 26, six élémeats de contact arec la chaine formant un hexagone régulier et coulissant radialement avec leurs broches 33 le long de rainures 34 formées dans le disque. Chaque broche 33 traverse la rainure 34 et s'engage avec une rainure spirale 35 formée dans le plateau 32. Les six rainures spirales 35 du plateau 32 sont identiques et disposées à intervalles égaux. Elles positionnent les éléments de contact radialement et transforment leur déplacement radial en un déplacement angulaire du plateau 32, et vice versa.Les deux secteurs 21 et 24 sont solidaires de leurs axes 33. Des méplats formés dans ces axes empêchent toute rotation des secteurs par rapport au disque 31. Les quatre pignons 22, 23, 25 et 26 peuvent tourner par rapport au disque 31. Chaque pignon est contrôlé en rotation par un pignon d'engrenage 36 qui lui fait corps. Le pignon d'engrenage 36 engrène avec une cremaillère 37 fixée sur le disque 31 radialement. Les quatre pignons 22, 23, 24 et 26 ont le meme diamètre primitif. Le diamètre primitif des pignons d'engrenage 36 associés aux pignons 22, 23 et 26 est égal au diamètre de ces derniers tandis que celui du pignon d'engrenage 36 associé au pignon 25 est égal à la moitié.Les crémaillères 37 sont situées du coté des rainures 34 de telle sorte que le déplacement radial vers l'intérieur des pignons 22, 26 et 25 entralnent une rotation de leurs dents externes qui les éloignent du secteur de pignon 'fixe' 21, comme illustré par les flèches représentées figure 2. Ceci permet de maintenir l'écartement des dents de deux pignons adjacents en correspondance avec celles de la chaste 14 dans le cas des pignons ou secteur 25, 26, 21 et 22. La crémaillère 37 du pignon 23 étant située, par rapport à la rainure 34, du caté du pignon 24, elle maintient l'écartment correct des dents entre les pignons 23 et 24. La chatne 14 n'est jamais en prise avec tous les pignons ou secteurs : elle est en prise soit avec cinq (figure 2), soit avec quatre seulement. Avec la disposition des crémaillères décrite précédemment, la roue dentée peut augmenter ou diminuer son diamètre en continu lorsque la chaine est en prise avec les pignons 25, 26, 21 et 22, et cela seulement avec ces pignons. Dans l'hypothese ou les parties de chatne 14 situées en aval et en amont de la roue dentée sont à peu près parallèles, comme illustré en figure 2, l'augmentation ou la diminution du diamètre effectif de la roue dentée n'est possible que sur un secteur limité de la rotation du support 31, inférieur ou égal a 500. Sur le secteur complémentaire de 300ou ni I'expansion ni la contraction ne sont possibles; le secteur est vérouillé. En effet, sur le secteur verouillé, la chaine est en prise au moins avec l'un des pignons 23 et 24. Dans ces conditions, il y a toujours au moins une paire de pignons qui tendent à tourner dans des sens contraires en raison de la disposition des crémaillères.Tout déplacement radial vers l'extérieur des pignons est empêché car il aurait tendance à étirer la partie de chaine inextensible 14 qui se trouve entre deux pignons à rotation contraire. Théoriquement, la contraction serait possible en raison du fait que la chaine ne transmet pas de force en compression. En fait, sur le secteur verouillé, les forces de réaction générées dans la roue dentée tendent à expandre la roue, par la verouillant totalement sa variation de diamètre. La force transmise par un pignon périphérique à la chalne 14 génère une force sur le plateau de positionnement 32 par l'intermédiaire de l'axe 33. La force exercée sur le plateau 32 est fonction des forces de réaction qui sont générées par les cremaillères 37 et les rainures 34 et 35. Sur le secteur non verouillé de 600 où la variation du diamètre de la roue est continue, la chaine est en prise avec les pignons 25, 26, 21 et 22. La force transmise par la chaine 14 à la roue arrière de la bicyclette provient du pignon 22 qui est le dernier pignon du secteur en prise. La force appliquée par la chaine 14 sur le pignon 22 génère des forces de réaction, créés en majeure partie par la crémaillére 37 et le pignon 36 du pignon 22, sur le plateau 32, qui ont tendance à le faire tourner de fanon à diminuer le diamètre effectif de la roue dentée. Ces forces de réaction travaillent contre l'action de deux ressorts 41 placés entre le disque 31 et le plateau 32 et un frein 42 monté en parallèle avec les ressorts 41. Le frein 42 consiste en une vis 43 montée dans la manivelle 12 et comprimant un ressort 44 de manière à pincer le plateau 32 entre deux parties du disque 31. Sur le secteur verrouillé de 300 , les forces de réaction sont en géneral, lorsqu' elles ne sont trop faibles, dirigées de façon à faire tourner le plateau 32 dans l'autre direction, la direction qui cause l'expansion. L'action des ressorts favorisant également l'expansion, le diamètre de la roue dentée est totalement verrouillé. La position angulaire des manivelles 12 et 13 par rapport au disque 31 est très importante. Elle est fonction des caractéristiques de la transmission désirées. De plus, les calculs qui permettent de la déterminer sont complexes. Néanmoins, de fan générale, les manivelles occupent les positions où le couple transmis par le cycliste à la roue dentée est maximum ou presque maximum, dans sa partie décroissante, lorsque la chaine 14 est en prise avec le secteur non verrouillé de 60. Vu d'une fanon simplifiée, il est possible d'avoir au moins une position angulaire du disque 31 où, à la fois, une des manivelles est dans un secteur de 600 au-dessous de l'horizontale et la chaine 14 est en prise avec le secteur non verrouillé. En fonctionnnement, le diamètre effectif de la roue dentée reste maximum tant que le couple T1 transmis à la roue dentée par le cycliste est inférieur à un seuil T . Cette valeur T est fonction p p du couple T5 qui résulte de la précompression des ressorts 41 et du couple de frottement et de freinage internes Si T1 augmente jusqu' à dépasser T , la roue dentée va se contracter quand le secteur non verouillé de 60 viendra en prise avec la chatne. A moins que le diamètre effectif ne prenne sa valeur minimum, la contraction de la roue dentée va s'arrenter au diamètre où le plateau 32 est en équilibre sous réaction des forces de réaction et du couple résistant généré par les ressorts 41 et le frein 42.Il est peu probable que ce diamètre corresponde exactement à une roue dentée caractérisée par un nombre entier de dents. Par conséquent, lorsque la chaine 14 entre en contact avec le pignon 23, du fait du changement des forces de réaction qui se produit, le diamètre de la roue dentée va généralement augmenter jusqu' au premier diamètre à nombre entier de dents. A chaque tour de roue dentée, le diamètre peut théoriquement varier de fagon cyclique entre le diamètre d'équilibre des forces et le diamètre à nombre entier de dents immédiatement supérieur. En pratique, cependant, ces variations cycliques sont empêchées par l'hystérésis existant entre l'expansion et la contraction qui résulte du frottement interne. Dans une roue dentée où il est souhaitable d'avoir le minimum de frottement interne, un dispositif à encoches et à bille raPpeLé par ressort peut y être incorporé pour forcer les éléments de contact à occuper des diamètres préférentiels. Le contour effectif de la roue dentée telle qu'elle est illustrée figures 2, 3 et 4, n'est pas un cercle mais un hexagone arrondi. Tandis qu' un tel contour convient pour une transmission de bicyclette, il est possible que les transmissions industrielles ou les transmissions utilisées dans l'autoibile requièrent un contour plus circulaire. Une plus grande circularité peut être obtenue soit en augmentant le nombre de pignons périphériques, soit, dans le souci de maintenir la variation du diamètre effectif la plus grande possible, en insertant des supports de chaise non dentés entre les pignons périphériques se dXplasant radialement avec eux. Le montage des supports de chatne est illustré figure 5.Ces supports peuvent autre considérés ce un cas particulier de pignons dont la fonction consiste si,'ple"ent à supporter la chatne. I1 est important de remarquer qu'il existe des variantesquant à la disposition des crémaillères 37 et au choix du diamètre des pignons d'engrenage 36. Par exemple, il est possible de suppriier la crémaillère 37 et le pignon d'engrenage 36 du pignon 25, le pignon 25 devenant alors libre de tourner en rotation autour de son axe 33. Telle qu'elle est représentée figures 6 et 7, a roue dentee h diamètre effectif variable pour bicyclette comporte un disque 51 sur lequel pivotent six bras 52. Les six bras 52 sont maintenus en position angulaire relative par six barrettes de liaison 53 pivotant ê leurs extrémités et disposées de manière a former des paraîlelograises avec les pivots de rotation des bras 52, Les bras 52 portent les axes 33 des pignons périphériques 21, 22, 23, 24, 25 et 26. Les six pignons peuvent tourner par rapport à leur axe 33. Les deux secteurs 21 et 24 sont maintenus constants en direction par rapport au disque 51 par deux barrettes de liaison 54. Le pignon 25 tourne en rotation librement.Le mouvement de rotation des pignons 22, 23 et 26 est contré par des poulies 55 et des channes 56 s'enroulant autour des poulies 55 et ancrées en 58. Les poulies 55 et les chatnes 56 jouent le rôle respectif des pignons d'engrenage et des crémaillères qui figuraient dans le premier mode de réalisation, Leur disposition est analogue. La channe d 'entrainement 14 participe également a la rotation des pignons 22, 25 et 26 conjuguée à leur déplacement radial. Ceci est rendu possible par le fait que la chaine 14 est toujours en prise avec ces pignons lorsque la variation du diamètre effectif de la roue dentée s'effectue. La rotation du pignon 23 est assurée au cours de la contraction de la roue dentée, par un ressort 57 placé de sorte à maintenir la chaine 56 toujours tendue.La manivelle 12 est solidaire du disque 51. La force qui équilibre les forces de réaction qui tendent à deplacer les pignons vers l'intérieur lorsque la chaine 14 est en prise avec le secteur non verrouillé, provient d'un ressort de compression 41 qui est placé entre la manivelle 12 solidaire du disque 51 et le bras pivotant 52 qui porte le pignon 22, par l'intermédiaire d'un plateau 61 qui tourne autour de l'axe du disque 51 et qui tire sur le bras 52 grâce au cable 62. D'une façon générale, il est souhaitable d'avoir la résultante de l'action du ressort 41 qui agit radialement vers l'extérieur sur au moins un des éléments de contact, en particulier sur l'élément prédominant 22 illustré figures 2 et 6. Par exemple, il est possible de disposer un ressort radialement qui agisse directement sur l'axe 33 du pignon 22 de maniere a pousser ce dernier vers l'extérieur. Le ressort qui assure le positionnement radial automatique des éléments de contact, pouvant être facilement remplacé par un mécanisme commandé à distance, le dispositif, objet de l'invention, peut être utilisé dans des variateurs de vitesse aussi bien automatiques qu' a commande asservie ou manuelle, dans le domaine soit de la propulsion des véhicules, soit industriel. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'entrainement rotatif pour transmission comportant un brin d'entrainement flexible, le dispositif comprenant un support rotatif portant un certain nombre d'éléments de contact disposés angulairement pour entrainer le brin, les éléments de contact pouvant se déplacer selon une direction généralement radiale, et un moyen permettant de contrôler leur déplacement radial de façon à faire varier le diamètre effectif du dispositif. 2. Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le support comporte un ensemble de guides généralement radiaux pour les éléments de contact. 3. Dispositif, selon la revendication 2, comprenant un e élément de positionnnement pivotant par rapport au support et ayant un ensemble correspondant de guides inclinés qui positionnent radialement les éléments de contact. 4. Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments de contact sont montés sur des bras pivotants portés par le support. 5. Dispositif, selon la revendication 4, comportant des barrettes de liaison couplant les bras pivotants de fan a provoquer un déplacement radial des éléments de contact d'ensemble. 6. Dispositif, selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte autant de barrettes de liaison qu'il a de bras pivotants, deux bras adjacents quelconques étant couplés par une barrette pivotant à ses extrémités et formant un parallélogramme avec les deux pivots de rotation des bras. 7. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il est utilisé conjointement avec une chaine ou une courroie crantée et qu'il comporte de ce fait des éléments de contact dentés. 8. Dispositif, selon la revendication 7, comportant des éléments de contact pouvant tourner ou pivoter. 9. Dispositif, selon la revendication 8, comportant un moyen imposant aux éléments de contact des déplacements angulaires conjugues. 10. Dispositif, selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le moyen imposant le déplacement angulaircfait tourner ou pivoter les éléments de contact d'angles multiples ou sous multiples d'un angle donné. 11. Dispositif, selon les revendications 9 ou 10, comportant un moyen faisant tourner ou pivoter les éléments de contact dans des sens différents. 12. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que certains éléments de contact tournent, et comprenant un moyen empechant ou restraignant le pivotement ou la rotation d'au moins deux éléments de contact. 13. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait que le moyen faisant tourner ou pivoter les éléments de- contact de façon conjuguée comporte une crémaillêre montée généralement radialement sur le support et engrenant avec un pignon couplé à l'élément de contact. 14. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait que le moyen faisant tourner ou pivoter les éléments de contact de façon conjuguée comporte un brin flexible ou une barrette attachés, à une extrémité a l'élément de contact et à l'autre, à une partie relativement stationaire du support. 15. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que certains des éléments tournent et qu'il comprend un moyen empêchant le pivotement d'au moins un élément de contact et comportant un mécanisme à parallélogramme maintenant l'élément de contact constant en direction par rapport à des points fixes du support. 16. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un moyen de verrouillage qui s'oppose au déplacement radial des éléments de contact sur un secteur désiré de la rotation du support. 17. Dispositif, selon la revendication 16, caractérisé par le fait que le moyen de verrouillage comprend une came de verrouillage automatique actionnée par la rotation du support et effective sur un secteur prédéterminé de la rotation du support par rapport à la structure qui porte le dispositif. 18. Dispositif, selon la revendication 16, caractérisé par le fait que le moyen de verrouillage est disposé de manière à empêcher tout déplacement radial des éléments de contact sur un secteur du support qui est positionné par rapport à une manivelle ou à un arbre d'entralnement du support. 19. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 16 a' 18, dans lequel le verrouillage du déplacement radial des éléments de contact est obtenu en verrouillant les déplacement angulaires relatifs des éléments de contact qui tournent ou qui pivotent. 20. Dispositif, selon la revendication 19, caractérisé par le fait que le moyen de verrouillage est obtenu grâce à la chaine ou à la courroie crantée de transmission agissant conjointement avec les éléments de contact. 21. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 16 à 20, caractérisé par le fait que le déplacement radial des éléments de contact est verrouillé sur un secteur de préference supérieur à 2250, voire 2400. 22. Dispositif, selon la revendication 21, dans lequel le déplacement radial des éléments de contact est verouillé sur un secteur d'au moins 3000. 23. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise par le fait que le moyen de contrôle du positionnement radial des éléments de contact est réglé ou commandé de l'extérieur, soit manuellement, soit au moyen d'un actionneur, et pouvant être ajusté lorsque le support tourne dans un sens comme dans l'autre. 24. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé par le fait que le moyen de contrôle du positionnement radial des éléments de contact est actionné automatiquement en fonction de la tension exercée sur le brin d'entratnement. 25. Dispositif, selon la revendication 24, dans lequel le contrôle automatique comprend un accouplement élastique placé entre le support et au moins un des éléments de contact ayant tendance à écarter les éléments de contact radialement. 26. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le brin d'entraînement et les éléments de contact sont dentés, qu'il comporte un moyen qui déplace angulairement les éléments de contact dentés de manière conjuguée, de faon à maintenir les dents des éléments de contact en correspondance avec celles du brin d'entratnement, et que les éléments de contact peuvent occuper un ensemble de positions radiales correspondant à des diamètres à nombre entier de dents, leur déplacement étant tel que le passage d'une position à l'autre se fait en continu pendant la rotation du support. 27. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 7 a' 26, caractérisé par le fait qu'il comporte des éléments de contact non dentés qui sont interposés angulairement entre les éléments de contact dentés. 28. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les éléments de contact peuvent être déplacés radialement aussi bien vers l'intérieur que vers l'extérieur alors que le support est soit statique, soit tournant. 29. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes, faisant partie d'une transmission rotative couplant un moteur à un arbre de sortie. 30. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 28, faisant partie d'une transmission à variation de vitesse pour bicyclette ou autres véhicules.