Brevet FR2581433A1 — publié le 19861107

DESCRIPTION La présente invention concerne une botte de vitesse pour véhicules automobiles, dont le principe est de reconstituer un engrenage pour passage d'un collier de billes entre deux pièces coniques adaptées. Le "changement de vitesse", c'est-à-dire le changement du rapport entre les vitesses de rotation des deux pièces coniques se fait par déplacement latéral du collier à l'aide d'un guide. Ce principe permet de réaliser dans un volume restreint un grand nombre (par exemple 8) de positions possibles du collier donc un grand nombre de "rapport de vitesses" différents et ainsi d'obtenir avec une "boite" ayant le rendement des boites à engrenages les avantages d'une botte automatique à variation continue : utilisation du moteur dans sa plage de vitesse optimale et possibilité de changement de vitesse sans débrayage de la puissance. Les bottes de vitesses développées actuellement utilisent principalement des jeux d'engrenages classiques ou des courroies trapézoïdales. Les pièces mécaniques essentielles de l'invention sont donc 2 pièces coniques dont les axes de rotation sont parallèles. Les cônes (1) et (2) sont montées tête bêche comme le montre la figure 1/4. Ils ne sont pas forcément identiques; Leurs surfaces sont proches mais ne se touchent pas. Les surfaces sont creusées de petites cavités semi-sphériques (3) dans lesquelles peuvent prendre place des billes (4) d'acier qui s'enfoncent presque jusqu'en leur milieu (jusqu'à environ les 4/10 de leur hauteur comme montré figure 2/4). Sur chaque cône, les cavités sont régulièrement réparties par rangées sur des cercles perpendiculaires aux axes de rotation d'un cône à l'autre,deux rangées (7) de cavités se font face et l'intervalle entre 2 cavités de rangées correspondantes (c'est-àdire face à face) est le même. Un système de guide fait passer entre les 2 cônes un "collier" (X) de billes d'acier de sorte que les billes soient, entre les 2 cônes dans les cavités d'une rangée et que donc elles réalisent à la manière d'un engrenage une liaison mécanique entre ceux-ci (voir figure 2j4). Le collier de billes permet à 2 rangées de cavités face à face de tourner avec la même vitesse tangentielle ; les rangées adjacentes ne tournent donc pas à la même vitesse, ce qui fait que les cavités se retrouvent périodiquement en face (ou cn phase) puis décalées (ou en opposition de phase). Pour changer de "vitesse"; il faut, par le guide, décaler le collier de billes d'une rangée, la première bille décalée devant être mise dans un trou en phase avec celui de la rangée d'en face Il faut donc un système de détection des instants de phases de 2 rangées adjacentes à celle utilisée (la rangée de gauche qui perm par exemple, de "monter la vitesse" et celle de droite qui permet de "la descendre"). Sur la surface de chaque cône, les cavités sont positionnées selo les règles suivantes - les intervalles entre cavités d'une même rangée sont iden tiques entre eux et identiques à ceux de la rangée corres pondante de l'autre cône, - l'écartement entre 2 rangées est le même que celui existan entre les 2 rangées correspondantes de l'autre cône, - d'une rangée de cavités à celle d'à côté, l'augmentation du rayon d'un cône est égale à la diminutio du rayon des'autre cône au niveau de la rangée correspond Dans le cas d'une transmission nécessitant un embrayage et un dif férentiel cette solution de botte de vitesse permet de réaliser u bloc de transmission complet de volume réduit. En effet, la pièce conique côté moteur pourra comporter, à l'intérieur, un embrayage (9) par exemple multi-disques dans l'huile) l'autre pièce conique pourra recevoir, à l'intérieur, un différen tiel de sortie (10), comme représenté à la figure 3/4. Ce différe à convertisseur hydraulique interne de façon à limiter l'écart de vitesse de rotation des roues. Pour cette fonction les 2 pignons sortie du différentiel comporte des ail lettes (11) se faisant fac l'ensemble tourne dans un bain d'huile. Le collier (4 ) est constitué d'un cable d'acier (de diamètre env ron 1 à 2 mm) sur lequel sont enfilées un nombre de billes d'acie au moins égal au nombre de cavités de la plus grande rangée, ces billes pouvant glisser librement le long du cable. Le cable est fermé, par exemple, à l'aide d'une épissure soudée ; sa longueur suffisante pour que le collier puisse tourner librement dans chac des rangées de cavités. Le guide du collier remplit 3 fonctions - maintenir et guider l'ensemble du collier pour la partie qui n'est pas dans des trous de cônes. - placer les billes dans les trous de l'un des 2 cônes avant la zone de contact avec l'autre cône (fonction de placage vertical). - lors des changements de vitesse faire passer le collier d'une rangée à l'autre à partir d'une bille determinée. La première fonction est réalisée soit par 2 poulies qui maintiennent le collier tendu et le guide, soit à l'aide d'un tuyau(l2) en téflon au travers duquel passe le collier, La deuxième fonction est faite par une plaque (8) qui, poussée par un ressort, appuie les billes vers les cavités de l'un des 2 cônes. Cette plaque couvre sur toute la longueur du cône, la partie de la surface située près de la ligne de face à face des cônes (17). La troisième fonction est réalisée par un guide latéral (6) placé devant le guide de placage vertical et capable de se déplacer rapidement d'une rangée à l'autre en entrainant les billes du collier qui sont à l'intérieur de ce guide. La figure l/4 montre le parcours du collier en fonctionnement normal, c'est-à-dire, entre 2 changements de "vitesse" et la figure 4/4 montre ce collier déformé par le déplacement du guide latéral à l'instant précis ou un changement de "vitesse" a été déclenché. La bille (13) qui, à cet instant, est la plus proche du guide de placage vertical ( 8 ) sera la première a être plaquée par ce guide dans une cavité de la nouvelle rangée. L'instant du déplacement brusque du guide latéral doit être déterminé très précisément pour que la première bille déplacée soit plaquée dans une cavité qui se trouve en phase avec celles de la rangée correspondante de l'autre cône. A chaque tour, un dispositif électro-optique permet de détecter les cavités dites en phase. Comme le montre la figure 4/4, ce dispositif nécessite, à l'une des extrémités de chaque cône (par exemple l'extrémité gauche),un cylindre creux (14) dont la paroi est traversée d'autant de trous qu'il y a de cavités sur le cône. Ces trous sont répartis en rangées ou en cercles conrme les cavités du cône et dans chaque rangée chaque trou a le même calage angulaire qu'une cavité. A l'intérieur de l'un des cylindres se trouve placée parallèlement à son axe de rotation, une barrette de diodes électroluminescentes (15) tandis qu'à l'intérieur de l'autre cylindre se trouve une barrette de détecteurs photo sensibles (16). Ces détecteurs , autant que de rangées, sont éclairés par les diodes électroluminescentes et donc fournissent un signal électrique chaque fois que 2 trous des cylindres sont face à face. Le calage atigulaire des cylindres par rapport aux cônes est réglé de façon à tenir compte du décalage qui existe entre le guide latéral (6 ) et la ligne (17) de face à face des cônes. Les instants possibles de déplacement du guide latéral vers l'une des rangées sont synchronisés par des impulsions électriques fournies par le détecteur photo sensible de cette rangée à l'aide d'un dispositif électromagnétique (18). Ce type de botte de vitesse a le même champ d'application que les bottes à engrenage classiques : voitures, camions, motos, véhicules agricoles, militaires Avec les options qui consistent à y intégrer l'embrayage et le différentiel de sortie avec convertisseur hydraulique, ce dispositif est particulièrement intéressant sur les voitures traction avant, DISPOSITIF DE BOITE DE VITESSES A COLLIER DE BILLES REVENDICATIONS 1) Le dispositif selon l'invention est une boîte de vitesse formée principalement de deux pièces coniques ( 1 ) et ( 2 ) disposées face à face et qui sont reliées mécaniquement par un collier (4) de billes qui passe entre elles, les billes prénant place dans des cavités (3) semi-sphéri ues creIisées à la surface de chaque cône, de sorte que la puissance de rotation donnée par un moteur 5) à l'un des cônes soit transmise à l'autre cône avec un rapport de vitesse variable, fonction de la position latérale du collier, cette po sition étant imposée par un système de guide (6) et pouvant varier à volonté. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que les cavités à la surface des cônes sont disposées régulièrement ré parties par rangées ( 7 ) sur des cercles perpendiculaires aux axes de rotation, les écartements entre cavités d'une rangée étant les mêmes que ceux. de la rangée qui lui fait face sur l'au tre cône. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que pendant la rotation chaque bille est plaquée dans une cavité de l'un des cônes, avant de rencontrer l'autre cône, par une plaque à ressort (8). 4) Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce que le "changement de vitesse", c'est-à-dire le changement du rapport entre les vitesses de rotation des 2 cônes, est réalisé par le déplacement brusque latéral d'un guide (6) qui entraîne les billes à partir de l'une d'entre elles à changer de rangée de cavités. 5) Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 4 caractérisé en ce que le déplacement du guide latéral est synchronisé par la détection des instants de phases des cavités à l'aide d'un dis positif électronique. 6) Dispositif selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en option par la présence d'une part, d'un sys tème d'embrayage disposé à l'intérieur de l'un des cônes et d'autre part d'un différentiel de sortie, disposé à l'in térieur de l'autre cône