Brevet FR2559867A1 — publié le 19850823

L'invention concerne une transmission de véhicule et plus particulièrement, une transmission à variation con- tinue (que l'on appellera ci-après "TVC") servant à trans- mettre l'énergie à une vitesse variable au moyen de cour- roies circulant dans des poulies à largeur de gorge variable. En adoptant une TVC pour une transmission de véhi- cule, on a fait antérieurement des tentatives pour facili- ter l'opération du changement de vitesse, pour améliorer l'accélération et pour diminuer la consommation de carbu- rant en choisissant une charge ou une vitesse de rotation telle, à la vitesse de régime du véhicule, qu'on profite pratiquement du rendement thermique maximal du moteur. On connaît un exemple dans lequel une telle tentative a abou- ti à une automobile munie d'un petit moteur. Toutefois, la plupart des TVC existantes utilisent le système connu dans lequel l'énergie est transmise par contact ponctuel. L'accroissement de la force de contact, en vue d'augmenter la capacité de transmission d'énergie, est limitée par la contrainte de Hertz permise pour un ma- tériau, de sorte que les TVC ne conviennent généralement pas à la transmission d'une grande puissance. Dans un autre sys- tème connu, l'énergie est transmise par contact linéaire et non ponctuel. Toutefois, étant donné que la transmission à effectuer théoriquement par contact ponctuel s'effectue par un contact linéaire, il se produit un patinage dans un segment autre que la partie o le contact plus ou moins ponctuel prédomine théoriquement. Par suite, la perte par frottement est accrue, ce qui n'a pas seulement pour effet de réduire notablement le rendement de transmission, mais aussi d'engendrer de la chaleur et de réduire ainsi la fia- bilité du système. En outre, il est courant qu'un appareil destiné à transmettre une puissance atteignant plusieurs cen- taines de kilowatts ait une grande dimension, de sorte qu'il est difficile de trouver un marché à cause de son grand poids ou de son prix élevé. Un but de l'invention est de fournir une TVC rela- tivement légère, petite, peu coûteuse et fiable dans laquel- le un certain nombre de courroies formées de bandes minces circulent dans des gorges de poulies à largeur variable, de sorte qu'un frottement considérable peut s'établir entre les courroies et les poulies de façon à transmettre un cou- ple important avec un haut rendement. Selon l'invention, une transmission à variation continue comprend: une poulie menante comprenant un arbre menant pouvant tourner relativement à un corps fixe et une paire de rotors montés sur l'arbre menant et pouvant tour- ner avec celui-ci, les rotors étant espacés axialement de façon que leurs faces intérieures opposées présentent des pentes telles que leurs gradients, relativement à l'axe cen- tral de l'arbre menant, augmentent de façon continue en pro- portion de leurs rayons; une poulie menée comprenant un arbre mené pouvant tourner relativement au corps fixe et une paire de rotors montés sur l'arbre mené et pouvant tour- ner avec celui-ci, les rotors étant espacés axialement, de façon que leurs faces intérieures opposées présentent des pentes telles que leurs gradients, relativement à l'axe cen- tral de l'arbre mené, augmentent de façon continue en propor- tion de leurs rayons; une poulie tendeuse comprenant un arbre intermédiaire fixé dans le corps fixe et une paire de rotors montés de manière à pouvoir tourner et se mouvoir axialement sur l'arbre intermédiaire et espacés axialement, de façon que leurs faces intérieures opposées présentent des pentes telles que leurs gradients, relativement à l'axe central de l'arbre intermédiaire augmentent de façon conti- nue en proportion de leurs rayons; plusieurs courroies, composées de bandes minces, circulant sur la poulie menante, la poulie menée et la poulie tendeuse de façon que les bords respectifs des courroies soient en contact avec les pentes de faces respectives des poulies menante, menée et tendeuse; et des moyens permettant de faire varier la distance entre les pentes des faces respectives des poulies menante et me- née, de sorte que l'on peut modifier le rapport de vitesse de rotation entre les poulies menante et menée en faisant varier les rayons de contact des courroies avec les poulies menante et menée, tout en communiquant une tension pratique- ment uniforme aux courroies respectives, par la poulie ten- deuse. On décrira maintenant l'invention à titre d'exem- ple, avec références aux dessins parmi lesquels: la figure 1 est une vue en plan du dessus, mon- trant un mode de réalisation d'une TVC selon l'invention, pour un rapport de vitesse de 1: 2 (trait plein) et pour un rapport de vitesse de 1: 1 (tireté) la figure 2 est similaire à la figure 1, mais pour un rapport de vitesse de 2: 1; - la figure 3 est une coupe suivant le plan III-III de la figure 1; la figure 4 une coupe suivant le plan IV-IV de la figure 1; et la figure 5 une coupe suivant le plan V-V de la figure 1. Comme le montrent les dessins, la TVC de l'inven- tion comprend (voir figures 1 et 2) une poulie menante 4, une poulie menée il et une poulie tendeuse 19 qui sont mon- tées respectivement, (de manière à pouvoir coulisser axiale- ment dessus), sur un arbre menant 3, un arbre mené 10 et un arbre intermédiaire 16 supportés par un corps ou carter fixe 1, et plusieurs courroies faites de bandes minces, qui pas- sent sur les trois poulies. La poulie menante 4 est montée (figure 3) sur l'arbre menant 3, lequel est monté dans le corps 1 grace à des paliers 2a et 2b de manière à transmet- tre sa rotation à l'arbre menant 3 et à pouvoir coulisser en direction axiale. La poulie menante 4 comprend une paire de rotors espacés 4c et 4d, dont les faces intérieures opposées présentent des pentes de forme exponentielle 4a et 4b com- portant des gradients qui augmentent de façon continue en proportion de leurs rayons, de manière à former une gorge en V. Les rotors 4c et 4d sont liés à des pistons annulaires 7a et 7b s'adaptant dans le corps 1, derrière les rotors res- pectifs, au moyen de paliers respectifs 8a et 8b. Un fluide de travail, qui est stocké dans un accumulateur (non repré- senté) et dont le débit et la pression sont réglés par une valve régulatrice (non représentée), est introduit, par des passages d'huile 5a et 5b, dans les chambres 6a et 6b si- tuées derrière les pistons 7a et 7b pour pousser les pistons 7a et 7b de façon que les rotors 4c et 4d puissent être sol- licités l'un vers l'autre en réduisant l'intervalle compris entre les faces incurvées 4a et 4b de la poulie menante 4. La poulie menée 11 est montée de façon similaire (figure 4) sur l'arbre mené 10, qui est monté dans le corps 1 grâce à des paliers 9a et 9b, de manière à transmettre sa rotation à l'arbre mené 10 et à pouvoir coulisser en direc- tion axiale. La poulie menée 11 comprend une paire de ro- tors espacés llc et lld, dont les faces intérieures opposées présentent des pentes lia et llb de forme exponentielle, avec des gradients qui augmentent de façon continue en propor- tion de leurs rayons, de manière à former une gorge en V. Les rotors llc et lld sont liés à des pistons annulaires 14a et 14b s'adaptant dans le corps 1, derrière les rotors, par des paliers respectifs 15a et 15b. Un fluide de travail, qui est stocké dans un accumulateur (non représenté) et dont le débit et la pression sont réglés par une valve régulatri- ce (non représentée) est introduit, par des passages d'hui- le 12a et 12b, dans les chambres 13a et 13b situées derriè- re les pistons 14a et 14b pour pousser les pistons 14a et 14b de façon telle que les rotors llc et lld puissent être sollicités l'un vers l'autre en réduisant l'intervalle com- pris entre les faces incurvées lia et llb de la poulie me- née 11. La figure 5 montre la poulie tendeuse 19. Elle est montée de façon axialement mobile sur un fourreau 18, qui est monté de manière à pouvoir tourner sur un manchon de pa- lier 17 de l'arbre intermédiaire 16, lequel est monté dans le corps 1 comme indiqué. De même que la poulie menante 4 et la poulie menée 11, la poulie tendeuse 19 comprend une paire de rotors espacés 19c et 19d, dont les faces intérieu- res opposées présentent des pentes 19a et 19b de forme expo- nentielle avec des gradients qui augmentent de façon con- tinue en proportion de leurs rayons, de manière à former une gorge en V. Les rotors 19c et 19d sont sollicités de manière à réduire l'intervalle entre leurs faces incurvées 19a et 19b, par l'action des ressorts 21a et 21b dont cha- cun est retenu à une extrémité par un jonc respectif 20a, 20b, fixé sur les extrémités du manchon 18. Par suite, la tension fournissant la force de friction nécessaire à la transmission d'énergie est établie dans les courroies 22 (par exemple 22a, 22b et 22c dans le présent mode de réali- sation) qui circulent sur la poulie menante 4, la poulie menée 11 et la poulie tendeuse 19. Les pentes 4a, 4b, lla, llb et 19a, 19b des ro- tors des trois poulies 4, 11 et 19 ont une forme identi- que, ainsi qu'on l'expliquera à propos de la figure 3. Si le gradient relatif à chaque axe central est désigné par x/l, pour un rayon R autour de l'axe central, les pentes sont spécifiquement définies par une courbe continue nx/l pour un rayon nR, leurs gradients croissant en propor- tion de leurs rayons. Les courroies 22 sont constituées, dans ce mode de réalisation, par trois bandes minces 22a à 22c et les largeurs des courroies 22 sont telles que la bande 22b est plus large de 2 1 que la bande 22a et la bande 22c, plus large de 2 m que la bande 22b, de sorte que, lorsque les rotors 4c et 4d sont écartés au maximum, les bandes 22a, 22b et 22c sont en contact avec les faces en pente respectives, aux rayons R, R + x et R + x + y. On décrira maintenant le fonctionnement de la TVC de l'invention. En premier lieu, on règle la largeur de la gorge de la poulie menante 4 comme celle indiquée en trait plein sur la figure 3, en actionnant les pistons 7a et 7b pour déplacer les rotors 4c et 4d. Ainsi, les bandes 22a, 22b et 22c sont en contact avec les faces incurvées 4a et 4b aux rayons respectifs R, R + x et R + x + y. En même temps, on réduit la largeur de la gorge de la poulie menée 11 à celle qui est indiqué en trait plein sur la figu- re 4 (c'est-à-dire à celle indiquée en trait mixte sur la fi- gure 3) en actionnant les pistons 14a, 14b pour mouvoir les rotors llc et lld. Ainsi, les bandes 22a, 22b et 22c sont en contact avec les faces incurvées Ila et llb aux rayons respectifs nR, nR + nx et nR + nx + ny. A ce moment, la bande 22a transmet l'énergie avec un rapport radial nR/R = n entre la poulie menante 4 et la poulie menée 11; la bande - 22b transmet l'énergie avec un rapport radial (nR + nx) / (R + x) = n; et la bande 22c transmet l'éner- gie avec un rapport radial (nR + nx + ny) / (R + x + y)= n. Ainsi, les bandes individuelles peuvent transmettre l'é- nergie au même rapport de vitesse de 1/n. A ce moment, on amène la poulie tendeuse 19 en contact avec la bande 22a au rayon minimal R, la bande 22b au rayon (R + x) et la ban- de 22c au rayon (R + x + y) pour tendre les bandes indivi- duelles, tandis que ses rotors l9c et 19d sont sollicités par les ressorts 21a et 21b. Le mode d'exécution représen- té sur les figures 1 et 3 à 5 correspond au cas o le rapport de vitesse entre l'arbre menant 3 et l'arbre mené 10 est établi à 1/2 dans la TVC, capable d'un rapport maximal de changement de vitesse de 4. Dans ce cas particulier, le coefficient n est 2. Alors, les bandes individuelles 22a, 22b et 22c sont amenées, comme indiqué en trait plein sur la figure 1, à passer sur la poulie menante 4, la poulie menée 11 et la poulie tendeuse 19 et les bandes et poulies respectives sont maintenues en contact linéaire avec un rap- port radial constant, de sorte que l'énergie peut être trans- mise sans patinage excessif. La figure 2 montre le cas o le rapport de vitesse est établi à 2 dans la TVC de l'invention. Dans ce cas, on réduit la largeur de la poulie menante 4, comme l'indiquent les traits mixtes de la figure 3, de sorte qu'elle est en contact, avec le coefficient n = 2, avec les bandes 22a, 22b et 22c. Par contre, on élargit la poulie menée 11, com- me il est indiqué en trait mixte sur la figure 4, de sorte qu'elle est en contact, avec le coefficient n = 1, avec les bandes 22a, 22b et 22c. Au contraire, la poulie tendeuse 19 est en contact avec les bandes 22a, 22b et 22c dans la même position que sur la figure 1. Par suite, la forme cir- culaire des bandes devient symétrique de celle de la figure 1. Ensuite, on expliquera le cas o l'énergie doit être transmise avec un autre rapport de vitesse par la TVC, en se référant au tireté de la figure 1, en prenant comme exemple le rapport de vitesse de 1. Pour obtenir un rapport de vitesse de 1, on fait varier la largeur de gorge de la poulie menante 4 de la façon suivante. Spécifiquement, pour les courroies individuelles 22, les bandes 22a, 22b et 22c sont respectivement en contact avec les faces incurvées 4a et 4b des rotors 4c et 4d aux rayons V2R, V + tx et I-R + x-y. Dans la poulie menée 11, les bandes individuelles 22a, 22b et 22c sont en contact avec les fa- ces lla et llb des rotors llc et lld aux mêmes rayons que celles de la poulie menante 4 et avec le coefficient n = 2. Toutefois, dans les conditions ci-dessus, les lon- gueurs de bande nécessaires à l'application de la tension nécessaire à la transmission d'énergie entre les deux pou- lies deviennent plus petites, dans l'ensemble, qu'avec un rapport de vitesse de 1/2, de sorte que cela doit être cor- rigé par la troisième poulie, c'est-à-dire la poulie tendeu- se. Une première raison en est que le coefficient n = V' est utilisé pour le rapport intermédiaire de vitesse 1, entre les rapports de vitesse 1/2 et 2, bien que la longueur nécessaire des bandes varie lentement pour le coefficient n = 1,5. La comparaison entre les tracés en trait plein in- diquant le rapport de vitesse de 1/2 de la figure 1 et le tracé en tireté, indiquant un rapport de vitesse de 1, en relation avec les bandes 22a à 22c, permet de voir que la longueur nécessaire des bandes, entre l'arbre menant 3 et l'arbre mené 10, est plus petite. Une deuxième raison est qu'avec un rapport de vitesse de 1/2, comme indiqué par le tracé en trait plein de la figure 1, les angles d'inclinai- son des bandes individuelles relativement à la ligne des centres qui relie l'arbre menant 3 et l'arbre mené 10 sont plus grands pour la bande 22b que pour la bande 22a, et pour la bande 22c que pour la bande 22b, de sorte que la bande extérieure nécessite une plus grande longueur que la bande intérieure, conformément à l'angle d'inclinaison. Donc, la poulie tendeuse 19 réduit l'intervalle compris entre ses faces incurvées 19a et 19b, comme l'indique le tracé en trait mixte de la figure 5, par l'action des res- sorts 21a et 21b, de sorte que les longueurs nécessaires des bandes individuelles deviennent égales, pour un rapport de vitesse de 1/2, comme indiqué par les lignes en tireté de la figure 1, tout en étant corrigées par la variation du coef- ficient n des rayons de circulation de la poulie 19 sur les bandes 22a, 22b et 22c, de manière à appliquer une tension uniforme aux bandes, de sorte que les bandes individuelles peuvent transmettre l'énergie conformément à leurs capacités individuelles. A ce moment, incidemment, les rayons de con- tact de la poulie 19 avec les courroies 22 sont agrandis au rapport de n'R pour la bande 22a, au rapport de (n'R + n'x) pour la bande 22b et au rapport de (n'R + n'x + n'y) pour la bande 22c de sorte que les bandes 22a, 22b et 22c font tourner la poulie tendeuse 19 à une vi- tesse équiangulaire sans patinage notable. Un calcul plus strict révélerait qu'un patinage d'interférence, avec un coef- ficient de patinage de 0,02 % entre les courroies, se produit entre la poulie tendeuse 19 et les courroies 22, si le rap- port de la distance entre l'arbre menant 3 et l'arbre inter- médiaire 16, c'est-à-dire aussi la distance entre l'arbre menant 10 et l'arbre intermédiaire 16, à la distance entre l'arbre menant 3 et l'arbre mené 10, est de 1: 1,3. Le coefficient de patinage, à ce niveau, ne conduit pas à une réduction excessive du coefficient de transmission de la TVC. On peut réduire encore ce coefficient de patinage si l'on modifie les distances entre l'arbre 16 et l'arbre me- nant 3 et entre l'arbre 16 et l'arbre mené 10, pendant les opérations de variation de la vitesse. La description ci-dessus porte sur une structure dans laquelle les courroies 22 sont constituées par trois éléments ou bandes. Malgré cela, le nombre de composants de courroie n'est pas limité dans la relation de dimension entre les poulies et les courroies. En fait, on peut utili- ser plusieurs centaines de courroies constituées par des bandes d'une épaisseur atteignant 0,02 mm, de sorte qu'une puissance atteignant plusieurs centaines de kilowatts peut être transmise à vitesse variable au moyen des nombreuses courroies qui ont une petite capacité de transmission. Etant donné que la TVC de l'invention est cons- truite comme décrit ci-dessus, les courroies ou bandes in- dividuelles ont une tension uniforme, de sorte que le pati- nage entre les poulies et les courroies peut être considé- rablement réduit pour augmenter le rendement de transmis- sion. De plus, étant donné le contact continu entre les poulies et les courroies, le bruit est réduit. D'autre part, des courroies constituées par des bandes minces ont une inertie relativement faible, au point qu'elles peuvent sup- porter un fonctionnement à grande vitesse. A nouveau, on peut faire varier la vitesse avec une puissance utile éle- vée en utilisant les nombreuses courroies. Ainsi, une TVC selon l'invention peut être simple, de petite dimension et fiable. REVENDICATIONS 1. Transmission à variation continue, caractéri- sée par le fait qu'elle comprend: une poulie menante (4) comprenant un arbre menant (3) pouvant tourner relativement à un corps fixe (1) et une paire de rotors (4c, 4d) montés sur l'arbre menant et pouvant tourner avec celui-ci, les rotors étant espacés axialement de façon que leurs faces intérieures opposées présentent des pentes telles que leurs gradients, relativement à l'axe central de l'arbre menant, augmentent de façon continue en proportion de leurs rayons; une poulie menée (11) comprenant un arbre mené (10) pou- vant tourner relativement au corps fixe et une paire de ro- tors (llc, lld) montés sur l'arbre mené et pouvant tourner avec celui-ci, les rotors étant espacés axialement, de façon que leurs faces intérieures opposées présentent des pentes telles que leurs gradients, relativement à l'axe central de l'arbre mené, augmentent de façon continue en proportion de leurs rayons; une poulie tendeuse (19) com- prenant un arbre intermédiaire (16) fixé dans le corps fixe et une paire de rotors (19c, 19d) montés de manière à pou- voir tourner et se mouvoir axialement sur l'arbre intermé- diaire et espacés axialement, de façon que leurs faces in- térieures opposées présentent des pentes telles que leurs gradients, relativement à l'axe central de l'arbre intermé- diaire augmentent de façon continue en proportion de leurs rayons; plusieurs courroies, composées de bandes minces (22a, 22b, 22c) circulent sur la poulie menante, la pou- lie menée et la poulie tendeuse de façon que les bords res- pectifs des courroies soient en contact avec les pentes des faces respectives des poulies menante, menée et tendeu- se; et des moyens (13a-14a, 13b-14b) permettant de faire varier la distance entre les pentes des faces respectives des poulies menante et menée, de sorte que l'on peut mo- difier le rapport de vitesse de rotation entre les poulies menante et menée en faisant varier les rayons de contact des courroies avec les poulies menante et menée, tout en commu- il niquant une tension pratiquement uniforme aux courroies res- pectives, par la poulie tendeuse. 2. Transmission selon la revendication 1, carac- térisée par le fait que les moyens de variation de distance comprennent: une paire de pistons annulaires (14a, 14b) adaptés dans le corps fixe derrière les rotors de chacune des poulies menante et menée, les pistons étant actionnés hydrauliquement de manière à se mouvoir axialement pour sol- liciter les rotors l'un vers l'autre de manière à réduire l'espacement entre les faces en pente des rotors; et une paire de paliers (15a, 15b) disposés entre les pistons annu- laires et l'arrière des rotors respectifs de manière à assu- rer une rotation régulière des rotors relativement aux pis- tons.