Brevet FR2518206A1 — publié le 19830617

La présente invention est relative à un dispo- sitif de transmission à galets d'entraînement, à varia- tion continue D'une façon plus particulière elle concer- ne un dispositif de transmission à variation continue dans lequel les surfaces opposées d'un disque torique '. d'entrée et d'un disque torique de sortie qui sont mon- tés sur des arbres d'entrée et de sortie respectivement, disposés sur le même axe, coopèrent l'une avec l'autre pour former une cavité toroidale, des galets d'entraine- ment étant disposés dans ladite cavité toroidale et étant étroitement en contact avec les disques toriques d'entrée et de sortie de manière qu'un couple important soit transmis par une force de traction engendrée dans la partie en contact. Un but de l'invention est de fournir un dispo- sitif de transmission à galets d'entraînement à varia- tion continue dont la fonction de transmission soit commandée automatiquement suivant toutes fluctuations de la charge de l'arbre de sortie, grâce à quoi le cou- ple d'entrée ou le couple de sortie peut être maintenu à une valeur prédéterminée. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif de transmission à variation continue qui permette une commande automatique de la fonction de transmission pour utiliser un moteur avec-un couple pré- déterminé voisin d'une courbe de fonctionnement à consom- mation minimale de combustible lorsqu'un couple du mo- teur provoque l'établissement du rapport de réduction d'un véhicule et pour apporter une amélioration importante de l'économie en combustible. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif de transmission pour entrainer des appareils auxiliaires du moteur d'un véhicule automobile, par exem- ple, des charges dont les couples sont principalement déterminés par la vitesse de rotation, telles qu'une soufflante, une pompe à eau et une dynamo, avec une vitesse de rotation prédéterminée indépendamment de toutes variations de la vitesse de rotation à l'entrée. Le mécanisme de commande du dispositif de transmission suivant l'invention est un mécanisme simple qui comprend seulement une combinaison de moyens de dé- placement et d'un ressort d'équilibrage et qui peut en conséquence être mis en oeuvre avec des frais réduits. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la Fig l est un diagramme des courbes de rende- ment d'un moteur dans le cas général; la Fig 2 est un diagramme montrant les courbes de la résistance rencontrée par le pneumatique d'un véhi- cule sur une route; la Fig 3 est une vue partielle en coupe trans- versale d'un dispositif de transmission à galets d'en- trainement>à variation continue,-suivant -un premier mode de réalisation de l'invention; la Fig 4 est une vue partielle en coupe trans- versale d'un dispositif de transmission à galets d'entrai- nement, à variation continuesuivant un second mode de réalisation de l'invention; la Fig 5 est une vue en coupe de la partie d'extrémité du tourillon dans une variante du second mode de réalisation; la Fig 6 A est un diagramme de principe montrant la fonction de variation de vitesse du dispositif de transmission à galets d'entrainement, à variation conitinue; la Fig 6 B est une vue en coupe suivant la flèche B de la Fig 6 A; la Fig 7 est un diagramme montrant la relation uau rapport de la transmission et de la poussée en fonc- tion de l'angle de rotation du tourillon; la Fig 8 est un diagramme montrant les proprié- tés d'un ressort non-linéaire. La consommation de combustible d'un-moteur à combustion interne diffère habituellement même pour la même puissance de sortie (= vitesse moteur x couple) en fonction des conditions d'utilisation, et la consommation l de combustible est plus faible lorsque le moteur fonction- ne au point A de la Fig l que lorsqu'il fonctionne au point B de cette même Fig La courbe E de consommation minimale de combustible passe par des points pour lesquels la consommation de combustible est le plus faible pour diffé- rentes puissances de sortie Cette courbe est voisine de la courbe T de couple maximal de sortie du moteur C'est à dire qu'on voit que si la puissance est la même, la consommation de combustible est plus faible lorsque le moteur fonctionne avec un couple élevé -à faible vitesse que lorsqu'il fonctionne à grande vitesse avec un couple faible Cependant, si la vitesse du moteur devient plus faible que le nombre minimum N représenté à la Fig l, le fonctionnement régulier du moteur n'est aiors pas ob- tenu. Dans un véhicule, la résistance rencontrée par lespneumatiquessur la route,qui correspond à la vitesse du moteur avec le rapport de réduction G en tant que para- metre, est telle que représentée à la Fig 2 Comme on le voit à cette Fig, si le taux de réduction est G 1 et que la vitesse du moteur est augmentée jusqu'à nl, le véhicu- le se déplace dans les conditions du point C à la Fig 2. Dans ce cas cependant, la vitesse du véhicule est nlo Gl, mais la consommation de combustible est très coûteuse comme on le voit si on considère la Fig 2 en combinaison avec la Fig l Si on peut faire fonctionner le moteur avec un nombre de rotations N 2 et un couple-moteur qui correspond au point d'intersection D entre la puissance à entretenir indiquée en traits interrompus qui passe par le point C et la courbe E de fonctionnement avec la consommation minimale de combustible, le déplacement le plus économique (dépense minimale de combustible) de- vient possible Du fait que cette résistance pneumati- que/chaussée correspond à un rapport de réduction G 2, le rapport de réduction du véhicule peut être diminué jusqu'à G 2 et la vitesse du moteur diminuée jusqu'à N 2. Ceci signifie que le déplacement suivant la courbe E de fonctionnement à consommation minimale de combustible devient possible en sélectionnant un rapport de réduc- tion optimale qui correspond à la vitesse du véhicule. Cependant, comme on le voit au dessin, ce rapport de ré- duction varie de façon continue avec la vitesse du véhi- cule et par conséquent pour satisfaire à ce qui précède, il est nécessaire d'utiliser-un dispositif de transmis- sion à variation continue Il est également nécessaire de commander de façon constante le rapport de transmis- sion du dispositif de transmission à variation continue de telle manière que durant le déplacement le moteur soit toujours utilisé suivant la courbe E de fonctionnement qui correspond à la consommation minimale de combustible. Il existe un dispositif de transmission qui utilise un distributeur asservi, comme décrit par exemple dans le U s A 3 810 398 pour assurer une telle commande, e t q u i est m u N i d'un piston hydraulique rota- tif, d'un piston à déplacement axial et d'un le- vier pour détecter le mouvement angulaire du tourillon supportant un galet d'entrainement, et ce dispositif est de construction et de réglage très compliqués et en particulier l'utilisation du distributeur asservi a c-o N d u i t à d e S r i S q u e S de batterent e même qu'elle conduit à un poids élevé, une grande dimen- sion et un prix de revient important. Un autre dispositif de transmission est décrit dans le U S A 4 086 820, mais ce dispositif comporte une came de precession et un vérin hydraulique et est par conséquent de construction compliquée d'une façon analo- gue au dispositif décrit ci-dessus, et d'une façon plus particulière la poussée exercée sur la came de preces- sion est importante et de ce fait des coûts élevés sont inévitables. L'invention permet de surmonter les inconvé- nients précités particuliers à la technique antérieure et on décrira maintenant quelques modes de réalisation de l'invention en référence aux dessins. La Fig 3 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de transmission à galets d'entrainement, à variation continue 4 suivant un premier mode de réali- tion de l'invention et cette Fig montre seulement la moitié de droite de ee dispositif en raison du fait qu'il est bi-latéralement symétrique point par point en ce qui concerne les arbres d'entrée et de sortie Un disque torique d'entrée 2 est monté sur l'arbre d'entrée 1 re- présenté en bout et ces disques sont sollicités l'un vers l'autre au moyen d'un organe d e p o u S S e, n o N repré- senté, d'une façon bien connue, ces disques pouvant ainsi tourner ensenfole Bien que non représentés,un ar- bre de sortie et un disque torique de sortie sont prévus de la même façon sur l'autre c 8 té du dispositif de trans- mission. Entre le disque torique 2 d'entrée et le disque torique de sortie sont disposés plusieurs galets 3 d'en- trainement qui sont portés de façon rotative par un étrier 4 et sont sollicités contre les disques toriques d'entrée et de sortie L 'étrier 4 est main tenu sur des organes de maintien 51, 52 par l'intermé- diaire de roulements 12 à cages de forme partiellement sphérique et peut tourner autour d'un axe de pivote- ment Z-Z e_ t S e déplacer légèrement dans la direc- tion de cet axe. Une came 6 de poussée est formée sur l'extrémi- té de l'étrier 4 et est conformée de façon à comprimer un ressort 9 par l'intermédiaire d'une contre-came 7 et d'un support 8 pour celle-ci. Le ressort 9 est un ressort hélicoidal de com- pression ayant une constante d'élasticité prédéterminée, et la courbe montante de la rampe 61 de la came de pous- sée 6 est déterminée de manière que la force de compres- sion engendrée dans le ressort 9 en correspondance avec le degré de montée de la rampe 61 résultant du mou- vement de rotation de l'étrier 4 equilibre les forces de traction (qui seront décrites dans la suite) qui sont alors engendrées entre les disques toriques d'entrée et de sortie et les galets dlentrainement 3. En variante, la surface de la rampe 61 de la came de poussée 6 est une surface inclinée présentant un degré prédéterminé d'inclinaison et la constante d'élas- ticité du ressort 9 est non-linéaire de sorte que la for- ce élastique engendrée dans le ressort 9 correspondant au degré de montée de la surface de la rampe 61 résultant du mouvement de rotation du tourillon 4 équilibre lesdi- tes forces de traction. On se référera maintenant à la Fig 4 pour décri- re un second mode de réalisation de l'invention ma Pig 5 montre une variante du second mode de réalisation Aux Fig 4 et 5, les organes analogues à ceux de la Pig 3 sont désignés par les mêmes références. La Fig 4 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de transmission à galets d'entrainement, à variation continue,suivant le second mode de réali- sation de l'invention et ne montre que la moitié de droi- te de ce dispositif en raison du fait qu'il est bilaté- ralement symétrique point par point p a r r a p p o r t aux arbres d'entrée et de sortie Un disque 2 d'entrée est monté sur l'arbre d'entrée 1 représenté e n bout et ces disques sont sollicités l'un vers l'autre au moyen d'un organe de poussée, non représenté, d'une façon bien connue afin que ces cisques puissent tourner ensem ble Bien que non représenté, un arbre de sortie et un disque torique de sortie sont prévus d'une façon analo- gue de l'autre c 8 té du dispositif de transmission. -Entre le disque torique 2 d'entrée et le dis- que torique de sortie, plusieurs galets d'entrainement 3 sont disposés et portés de façon rotative par un étrier 4 et ces galets sont sollicités contre les disques toriques d'entrée et de sortie L'étrier 4 est main- tenu sur des organes de maintien 51, 52 par l'intermé- diaire, de roulemcnts 12 à c a g e s sp h N r:i q u e s et il peut tourner'autour d'un axe de pivotement Z-Z en étant légèrent mobile dans la direction de cet axe. Un arbre 106 à vis formant une vis à circula- tion de billes est formé à l'extrémité de l'étrier 4, et un écrou 108 à circulation de billes est vissé sur l'ar- bre 106 au moyen de billes 107 Les billes 107 circulent dans un organe désigné par la référence 109 Une rondelle Belleville 110 est disposée en pont entre la surface su- périeure d'extrémité de l'écrou 108 et le chapeau 111 d'un carter L'écrou 108 à circulation de billes est claveté au moyen d'une clavette 81 de manière à pouvoir se déplacer axialement mais non pas en rotation La force élastique de la rondelle Belleville ll 0, comme on 2518 Z 06 8 M le décrira dans la suite, est déterminée de façon à équili- brer la force de traction 2 Fit correspondant au rapport de transmission G à cet instant. En variante, comne représenté à la Fig 5, un écrou 108 a à circulation de billes peut être formé sur l'extrémité du tourillon 4, un arbre à vis 106 a peut être monté sur le carter au moyen d'une clavette 61 à coulissement pour assurer le clavetage et la rondelle Belleville 110 peut être disposée en pont entre l'arbre 106 a et le carter pour charger préalablement l'étrier 4 dans la direction de l'axe Z-Z. On décrira dans la suite en détail la fonc- tion de-variation de vitesse du dispositif de transmis- sion à galets d'entrainement tel que décrit ci-dessus. Dans le schéma de principe de la Fig 6 A, le disque tori- que 2 d'entrée et le disque torique 21 de sortie sont disposés tous deux sur l'axe entrée-sortie X-X et sont en contact avec le-galet d'entrainement 3 en des points A et B respectivement Si les rayons de rotation aux points A et Bsont R 1 et R 2 respectivement, le rapport de transmission G est alors: n 2 R 1 G = N R 2 ( 1) o n I et N sont les nombres de tours des disques tori- ques 2 et 21 d'entrée et de sortie respectivement Pour le couple d'entrée T 1, le couple de sortie T 2 est: -T i -T T 2 = G = i R 2 ( 2) Cependant on S u p p o S e qu'il ne se pro- duit pas de perte à chaque point de contact A et B et que le rendement est de 100 % Au point de contact A du disque torique 2 d'entrée et du galet de traction 3, la force de traction Fta de l'équation suivante ( 3) agit perpendiculairement au plan du dessin (Fig 6 B): T 1 Fta= ( 3) Au point B, une force d'entrainement par réac- tion représentée par l'équation suivante agit sur le galet d'entrainement 3: T 2 Ftb' = T 2 ( 4) -Ces forces d'entrainement Fta et Ftb' sont de même direction et d'égale grandeur. T T 2 Fta = Ftb' = Et = 1 2 ( 5) R 1 R 2 En conséquence, une force 2 Ft agit sur l'axe de rotation Y-Y du galet d'éntrainement 3 et sur l'axe de pivotement Z-Z du tourillon portant le-galet d'en- trainement, dans la direction de l'axe Z-Z. Comme il ressort de l'équation ( 5), si le rayon R 1 du cercle de contact du disque torique 2 d'entrée et du galet d'entrainement 3 varie lorsque le couple d'en- trée T 1 est constant, c'est à dire si le rapport de transmission G varie, la force de traction Ft varie également De même, la force qui sollicite les disques toriques d'entrée et de sortie et le galet d'entraine- ment en contact les uns avec les autres doit 8 tre supé- rieure à la valeur qui correspond à ladite force de traction Ft. l 10 On sait alors que si le galet d'entrainement 3 est déplacé dans la direction de l'axe de pivotement Z-Z de l'étrier 4, le galet d'entrainement 3 tourne autour de cet axe Z-Z Ceci signifie, dans la transmis- sion par galet d'entrainement, que si celui-ci est déplacé dans la direction de l'axe de pivotementle rap- port de transmission peut être modifié. La relation entre l'angle de rotation autour de l'axe Z-Z et le rapport de transmission et la rela- tion entre ledit rapport de transmission et ladite pous- sée 2 Ft lorsque le couple d'entrée T 1 est constant par- rapport au rapport de transmission sont telles que repré- sentéesà la F'ig 7, dans laquelle on voit que ces rela- tions varient de façon non linéaire par rapport à l'angle de rotation Cependant du fait que le dispositif à vis à circulation de billes dans le second mode de réalisa- tion est déplacé en proportion directe de l'angle de rotation, le dispositif élastique qui doit équilibrer la poussée 2 Ft va Fint de façon non-linéaire devrait être une rondelle Belleville ou une rondelle ondulée qui est, un ressort non-linéaire Incidemment, les caractéris- tiques d'élasticité de ces ressorts sont telles que re- présentées à la Fig 8, et leur plage, d'utilisation H est déterminée sur la base de la spécification des res- sorts respectifs ou de la transmission. En supposant qu'aux Fig 3, 4 et 5 l'arbre d'en- trée 1 et le disque torique 2 d'entrée tournent dans la di- rection de la fleche G et que la force de compression du ressort 9 (Fig 3) ou de la rondelle élastique 110 (Fig 4 et 5) assure juste l'équilibre lorsque la force de traction 2 Ft agit dans la direction de l'axe de pivo- tement Z-Z du galet 3 d'entrainement, l'axe de rotation Y-Y du galet 3 d'entraînement et l'axe central X-X des arbres d'entrée et de sortie se coupent l'un ltautre ill dans cette condition et le déplacement dans la direction de l'axe Z-Z comme indiqué plus haut ne se produit pas de sorte que la rotation de l'étrier 4 autour de l'axe de pivotement ne se produit pas et que le galet d'en- trainement tourne avec le rapport de transmission in- changé. Cependant, si le couple de sortie T 2 varie à partir de cet état, la valeur de Ft varie comme cela ressort de l'équation ( 5) En conséquence, la hauteur du ressort 9 ou de la rondelle Belle Ville ll O varie et 1 ' étrier 4 est déplacé dans la direction de l'axe Z-Z Ensuite 1 ' étrier 4 tourne autour de l'axe de pivotement comme décrit plus haut et la variation de vitesse est assurée i' étrier est alors forcé de reprendre sa position initiale par la came de poussée dans le cas du premier mode de réalisation ou par le dispositif à vis à circulation de billes dans le cas du second mode de réalisation, et la force élastique du ressort 9 ou de la rondelle Belleville 110 varie à cha- que instant et devient égale à la valeur de 2 Ft, et ledit déplacement et ladite rotation s'arrêtent lorsque l'état d'équilibre est obtenu Commé décrit plus haut, le rapport de transmission peut varier automatiquement en fonction de la variation du couple de sortie T 2 pour maintenir ainsi constant le couple d'entrée. Si les arbres d'entrée et de sortie sont uti- lisés de façoninverse, le dispositif de transmission peut être utilisé tout en maintenant le couple de sortie à une valeur prédéterminée. Comme on l'a décrit plus haut, l'invention fournit un dispositif de transmission à galets d'entrainement, à variation continuequi est pratique et peu coûteux en utilisant une construction simple comprenant une combi- naison d'un dispositif de déplacement tel qu'une camie de -18206 poussée et d'un dispositif élastique et d'un ressort d'équilibrage au lieu d'utiliser le mécanisme hydrauli- que asservi compliqué ou analogue de la technique anté- rieure, et lorsqu'il est utilisé comme réducteur pour un véhicule, la vitesse de celui-ci peut être modifiée automatiquement cependant que le couple du moteur est maintenu à une valeur de couple à peu près constante - courbe F à la Figâ 2 qui est voisine de la courbe d'uti- lisation à consommation minimale de combustible, et il devient alors facile d'améliorer considérablement la consommation spécifique de combustible du véhiculeo REVENDICATIONS 1 Dispositif de transmission à galets d'en- trainement, à variation continue, comportant un carter, des arbres d'entrée et de sortie montés rotatifs et co- axiaux dans ledit carter, des aisques toriques d'entrée et de sortie montés sur lesdits arbres d'entrée et de sortie et pouvant tourner ensemble tout en étant solidai- res desdits arbres, les surfaces en regard des disques toriques coopérant l'une avec l'autre pour former une cavité toroidale, plusieurs galets d'entrainement dispo- sés dans ladite cavité toroidale, symétriquement par rap- port à l'axe desdits arbres d'entrée et de sortie, urn monture portant lesdits galets d'entrainement de façon rotative et portant ces galets de façon pivotante suivant un axe de pivotement Z-Z perpendiculaire à l'axe de rota- tion des galets, et des moyens pour solliciter feira Ent les disqueq toriques d'entrée et de sortie c o N t r e les galets d'entrainement et engendrer ainsi une force d'entrainement, dispositif caractérisé en ce qu'il com- prend des moyens de support ( 51, 52)'pour porter la mon- ture ( 4) dans le carter de façonqu'ellepuisse se dépla- cer légèrement dans la direction oe son axe de pivotement Z-Z, des moyens de déplacement ( 6, 7, 8) prévus à l'extré- mité de l'axe de pivotement de la monture pour la déplacer axialement, et des moyens élastiques ( 9) coopé- rant avec lesdits moyens de déplacement en fonction du degré de déplacement de ces moyens qui résulte dudit mou- vement de rotation. 2 Dispositif de transmission selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplace- ment sont constitués par un dispositif coqportant une came de pouss 6 e(I 3 Dispositif de transmission selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques sont prévus sur l'axe du dispositif coprenant la came de poussée ( 6). 4 Dispositif de transmission selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce qu'un ressort hélicoidal de compression ( 9) ayant une constante d'élasticité prédé- terminée est incorporé dans lesdits moyens élastiques, la courbe de montée ( 61)de la cam du dispositif comprenant cette care étant détenuine de rnaière que la force de oepiression dudit ressort hélicoidal ( 9) engendrée en fonction du degré de montee dudit dispositif à cane de pouss 6 e résultant du rouvenrent de rotation de la monture ( 4) équilibre la force de trac- tion qui varie avec ledit mouvement de rotation. Dispositif de transmission selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que la rampe ( 61) du dispositif à came de poussée ( 6) est constituée par une surface in- clinée ayant un degré d'inclinaison prédéterminé, un or- gane élastique ( 9) incorporé auxdits moyens élastiques étant chnoisi de manière qu'une force élastique engendrée dans lesdits moyens élastiques en fonction du degré de montée de la came résultant du mouvement de rotation de lanmoture ( 4) équilibre la force de traction qui varie avec ledit mouvement de rotation 6 Dispositif de transmission selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de dé- placement sont constitués par un dispositif à vis ( 106). 7 Dispositif de transmission selon la reven- dication 6, caractérisé en ce que le dispositif à vis comprend en combinaison un organe mâle à vis ( 108) et un organe femelle à vis ( 109). 8 Dispositif de transmission selon la revendi- cation 6, caractérisé en ce que le dispositif à vis est une vis à billes ( 106) comprenant un organe mâle ( 108) et un organe femelle ( 109), et une pluralité de billes interposées entre les gorges hélicoidales desdits organes à vis. 9 Dispositif de transmission selon la reven- dication 6, caractérisé en ce qu'un ressort hélicoidal de compression ( 9) ayant une constante d'élasticité pré- déterminée est incorporé dans lesdits moyens élastiques. 10 Dispositif de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une rondelle Belleville ou une rondelle ondulée ( 110) ayant une constante d'élasticité non-linéaire est incor- porée dans lesdits moyens élastiques. 11 Dispositif de transmission selon la reven- dication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens élasti- ques sont disposés entre la surface d'extrémité de l'or- gane femelle à vis ( 109) et le carter ( 111). 12 Dispositif de transmission selon la reven- dication 7,-caractérisé en ce que lesdits moyens élasti- ques ( 110) sont disposés entre l'extrémité de l'arbre de l'organe male à vis ( 108) et le carter ( 111). 13 Dispositif de transmission selon la reven- dication 6, caractérisé en ce que le dispostif à vis com- prend un organe à vis non rotatif ( 108) et un organe à vis rotatif ( 106) - couplé audit organe non rotatif ( 108), lesdits moyens élastiques ( 10) étant prévus entre ledit organe non rotatif ( 108) et le carter ( 111).