Brevet FR2580758A1 — publié le 19861024

Variateur de vitesse automatique à courroie trapézoldale et poulies avec flasques à écartement variable. La pressente invention concerne les variateurs de vitesse automatiques comportant une courroie trapezoidale engagée entre les flasques de deux poulies, l'écartement des deux flasques desdites poulies étant réglé automatiquement pour maintenir une vitesse de rotation de la poulie motrice aussi constante que possible. Cette constance de la vitesse de la poulie motrice a pour but d'assurer une vitesse de rotation du moteur entraî- nant la poulie motrice qui soit constamment sensiblement égale à celle assurant la puissance maximale. Dans les variateurs de ce type le flasque de la poulie réceptrice est sollicité à la fermeture, c'est-à-dire au rapprochement vers le flasque mobile, par un ressort de rappel et le flasque de la poulie motrice est sollicité à la fermeture par des masselottes soumises à la force centrifuge. Le principe de fonctionnement du variateur est que le point de stabilité correspond à l'égalité entre la poussée axiale s'exerçant sur le flasque mobile de la poulie réceptrice et la poussée axiale s'exerçant sur le flasque mobile de la poulie motrice, cette dernière étant fonction du carré de la vitesse de rotation de la poulie motrice. I1 résulte de ce principe de fonctionnement que la poulie motrice ne commence à se fermer que lorsque la poussée axiale engendrée sur son flasque mobile par les masselottes dépasse la poussée axiale engendrée par le ressort de rappel de la poulie réceptrice sur le flasque de ce dernier et que la poulie motrice est complètement fermée lorsque la poussée axiale engendrée par les masselottes devient supérieure à la poussée axiale du ressort de rappel de la poulie réceptrice complètement fermée. Entre ces deux positions extrêmes le degré de fermeture de la poulie motrice varie pour satisfaire à l'égalité entre les deux poussées axiales.Le degré de fermeture de l'une ou l'autre poulie est fonction à la fois de la variation, fonction du degré de fermeture de la poulie réceptrice, de la poussée antagoniste du ressort de rappel du flasque mobile de ladite poulie et de la variation de la poussée axiale exercée sur le flasque mobile de la poulie motrice laquelle est fonction de la variation du carré de la vitesse de rotation et de la variation du rayon de giration des masselottes en fonction du degré d'ouverture de la poulie motrice. Pour la détermination des caractéristiques du variateur et notamment pour limiter l'amplitude de la variation du nombre de tours faisant passer le variateur de la démultiplication maximale qui correspond à la poulie motrice complètement ouverte à la démultiplication minimale qui correspond à la poulie motrice complètement fermée, il suffit de rapprocher les valeurs de la poussée antagoniste du ressort de rappel de la poulie réceptrice entre les positions complètement ouverte et complètement fermée de ladite poulie réceptrice, la valeur de la poussée antagoniste devant croître de la poulie réceptrice complètement fermée à la poulie complètement ouverte en même temps que la poussée fonction de la force centrifuge croit au fur et à mesure que la poulie motrice se ferme.Entre ces deux valeurs extrèmes auxquelles correspondent deux vitesses de rotation de l'arbre moteur donnant l'égalité entre les deux valeurs de la poussée antagoniste du ressort de rappel de la poulie réceptrice et la poussée axiale résultant de la cinématique de la transmission de la force centrifuge des masselottes, du rayon de giration des masselottes en fonction du degré de fermeture de la poulie motrice et du carré de la vitesse de rotation, la courbe du degré de fermeture de la poulie motrice en fonction du nombre de tours de l'arbre moteur est une courbe croissante dont l'allure est fonction des-deux valeurs cidessus. La solution idéale est d'avoir deux poussées axiales qui varient de la même façon, par exemple linéairement, en fonction du degré d'ouverture des poulies. On constate toutefois dans la pratique que ce fonctionnement théorique est perturbé et que la modification du rapport de transmission ne s'effectue qu'avec une hystérésis notable par rapport aux variations de vitesse de la poulie motrice. I1 en résulte, par rapport à la courbe théorique ci-dessus basée sur l'égalité, pour tout degré d'ouverture, de la poussée antagoniste du ressort de rappel et de la poussée axiale résultant de la force centrifuge exercée, en fonction de la vitesse de rotation, sur les masselottes occupant une position radiale définie par le degré d'ouverture de la poulie motrice, une plage de vitesse, entourant cette vitesse de rotation théorique de l'arbre moteur, pour laquelle le variateur ne modifie pas le rapport de transmission. Cela se traduit par le fait qu là l'apparition d'une augmentation du couple résistant, la vitesse du moteur tombe d'un nombre de tours important avant que la poulie motrice s'ouvre pour réduire le rapport de transmission et inversement. L'étude du phénomène a montré qu'il était dû essentiellement aux frottements s'opposant au déplacement radial de la courroie sur les flasques des poulies motrice et réceptrice et également aux frottements des moyeux des flasques mobiles sur les moyeux des flasques fixes. Ces forces doivent donc être surmontées par la variation de la poussée axiale engendrée sur le flasque mobile de la poulie motrice par la variation de la force centrifuge des masselottes de commande aussi bien dans le cas d'une ouverture que d'une fermeture de la poulie motrice. Pour que la variation de la poussée axiale engendrée sur le flasque mobile de la poulie motrice, nécessaire pour vaincre les forces de frottement, soit atteinte pour une moindre différence dans les vitesses X de la poulie motrice et cette poussée axiale étant fonction de mw2r dans laquelle m est la masse des masselottes et r le rayon de giration des masselottes qui est fonction du degré d'ouverture de la poulie motrice, il faut accroître l'un des deux facteurs m ou r. I1 faut toutefois également que cet accroissement de m ou r ne modifie pas la valeur, pour tout degré de fermeture de la poulie motrice, de la poussée axiale exercée sur le flasque mobile de la poulie motrice, poussée axiale qui doit, pour tout degré d'ouverture, rester égale à la poussée axiale, pour ce degré d'ouverture, du ressort de rappel du flasque mobile de la poulie réceptrice. En conséquence et conformément à 11 invention, on augmente, dans un variateur de vitesse du type ci-dessus, le gradient de variation de la poussée axiale engendrée par le générateur de poussée axiale dont la valeur de la poussée varie en fonction de la vitesse de rotation, poussée axiale agissant sur le flasque mobile de la poulie motrice et on compense, par un moyen générateur d'une force indépendante de la vitesse de rotation, la différence, pour tout degré de fermeture de la poulie motrice, entre ladite poussée axiale à gradient plus élevée et la poussée axiale équilibrant, pour ce degré de fermeture, la poussée axiale correspondante du ressort de rappel de la poulie réceptrice. Selon un autre aspect, le maintien d'une vitesse constante de l'arbre moteur quel que soit le rapport de démultiplication est subordonné à une variation aussi linéaire que possible et d'une amplitude aussi faible que possible des deux poussées axiales engendrées par le ressort de rappel de la poulie réceptrice et par le générateur de poussée fonction de la vitesse de rotation de la poulie motrice, savoir les masselottes, entre les deux positions extrèmes de pleine ouverture et de pleine fermeture. L'amplitude de l'ouverture des poulies est une valeur fixe qui dans le cas pratique des poulies de 150 mm de diamètre s'établit à environ 15 mm. I1 faut donc pour une variation de 15 mm du point d'application de la force,obtenir une variation de cette force qui soit aussi faible que possible et aussi linéaire que possible. Or la poussée axiale résultant de la force centrifuge et appliquée sur le flasque mobile de la poulie motrice est une fonction du rayon de giration des masselottes et ce rayon est lié au déplacement du flasque mobile par une fonction qui peut être linéaire, sinusoidale ou plus complexe.D'une façon générale, la courbe de la valeur de la poussée axiale engendrée par des masselottes de tous types en fonction du déplacement du point d'application qui entraine une modification du rayon de giration desdites masselottes est une courbe présentant des modifications de courbure et des points d'inflexion et il est difficile de déterminer une portion de courbe assimi lablè à une droite dans la gamme des vitesses de fonctionnement du variateur, l'amplitude de cette partie de courbe étant déterminée par l'amplitude du déplacement du flasque mobile de la poulie motrice et la courbe devant être ascendante et de faible pente entre la pleine ouverture et la pleine fermeture de la poulie motrice. I1 en est de même en ce qui concerne la poussée axiale antagoniste du ressort de rappel du flasque mobile de la poulie réceptrice qui doit varier entre la pleine fermeture à la pleine ouverture de la poulie réceptrice avec une différence entre les deux valeurs extrêmes aussi faible que possible. Cette condition combinée avec une force de serrage des flasques suffisante pour éviter le glissement de la courroie sous l'effet du couple transmis conduirait à un ressort hélicoïdal puissant et long pour que 11 amplitude de l'ouverture ne représente qu'une faible variation de la longueur du ressort.Lorsque le ressort est un ressort à diaphragme dont la poussée décroît lorsqu'il est comprimé et qui donne une poussée axiale plus grande avec la poulie fermée qu'avec la poulie ouverte, la courbe de la force de compression en fonction de la flèche a une allure sinusoidale avec un taux de variation de la force important en fonction de la flèche et il est également nécessaire de limiter autant que faire ce peut l'utilisation de la courbe au voisinage du point d'inflexion en restant écarté des sommets où la pente s'inverse. I1 est dans tous ces cas difficile d'obtenir la linéarité recherchée avec une différence aussi faible que possible entre les deux valeurs des poussées axiales pour la poulie complètement ouverte et la poulie complètement fermée. Pour obtenir ce résultat et conformément à l'invention on augmente le gradient de variation de la poussée axiale engendrée par le générateur de poussée axiale dont la valeur de la poussée varie en fonction du déplacement de son point d'application, savoir de l'ouverture ou de la fermeture de la poulie, et on introduit entre le flasque mobile de la poulie et le générateur de poussée axiale une démultiplication du déplacement du flasque mobile ayant le même rapport de démultiplication que le rapport d'augmentation dudit gradient. Dans le cas d'un ressort mécanique par exemple si on double la puissance du ressort hélicoidal de sorte que la variation de la force de poussée pour une compression de longueur donnée est double, la même variation de la force de poussée étant obtenue pour une variation de longueur moitié, on transmet la poussée du ressort au flasque mobile par une démultiplication qui divisera par deux la poussée du ressort pour la transformer en la poussée axiale appliquée au flasque mobile et qui rendra le déplacement du flasque mobile double de la modification de longueur du ressort, la poussée axiale appliquée au flasque mobile restant pour chaque degré d'ouverture égale à celle qui serait appliquée par un ressort de puissance moitié avec application directe de la poussée du ressort au flasque. La même explication vaut dans le cas de ressorts à diaphragme et de dispositifs générateurs de poussée axiale à masselottes centrifuges en doublant la force des ressorts à diaphragme ou en doublant la masse des masselottes ou leur rayon de giration moyen, la caractéristique de l'invention permettant de limiter la plage de variation de la poussée du ressort ou la plage de variation de la force centrifuge en fonction de la fermeture de la poulie commandée, à une zone de la courbe de variation qui est sensiblement linéaire. L'invention sera décrite plus en détail ci-après sous forme d'un exemple de réalisation avec référence aux dessins ciannexés dans lesquels: La figure 1 est une courbe explicative théorique de la variation de la poussée axiale exercée par le dispositif à masselottes centrifuges sur le flasque mobile de la poulie motrice en fonction du degré de fermeture de celle-ci; la figure 2 est une courbe explicative de l'influence des forces de frottement sur le fonctionnement de la poulie motrice; la figure 3 est une vue en élévation d'une poulie motrice conforme à l'inven tion, la figure 4 est la courbe de variation de la charge d'un ressort à diaphragme en fonction de la flèche et la figure 5 est une vue schématiqu en coupe axiale d'une poulie réceptrice. Dans les courbes des figures 1 et 2 on a, pour plus de clarté des dessins, pris un cas dans lequel la poulie motrice passe de la pleine ouverture à la pleine fermeture pour une variation de vitesse allant de 2600 tours à 3300 tours/min, la courbe de la variation de fermeture en fonction de la vitesse étant une droite. On a de même supposé par simplification que la poussée axiale Pa s'exerçant sur le flasque variait linéairement en fonction de la vitesse entre les deux vitesses limites de 2600 et 3300 tours/min. L'explication reste vraie avec toutes autres formes de courbes. Si la vitesse du moteur est stabilisée à 3000 tours, on sera au point de fonctionnement A de la courbe avec une ouverture R. La poussée antagoniste des masselottes qui se trouvent alors sur un rayon de giration r est égale à la poussée antagoniste du ressort de rappel de la poulie réceptrice qui présente une valeur fonction de l'ouverture de cette dernière. Si , théoriquement, le couple résistant demandé au moteur croît, la vitesse de rotation de celui-ci tombe et le point A se déplace vers la gauche sur la courbe de la figure 1, la poulie motrice s'ouvrant et, dans le cas d'un couple résistant décroissant, le point A se déplace vers la droite, la poulie motrice se fermant. I1 faut toutefois tenir compte que la courroie étant fortement serrée entre les flasques, c'est-à-dire en appui avec une pression surfacique élevée sur le flasque, le déplacement radial entraîne une force de frottement élevée. Il existe également pour chaque poulie une force de frottement s'opposant au glissement du moyeu du flasque mobile sur le moyeu du flasqu fixe. La poussée antagoniste qui surmonte l'autre poussée antagoniste pour déterminer l'ouverture ou la fermeture des poulies doit vaincre lesdites forces de frottement. A la figure 2, on a représenté pour la gamme des vitesses entourant le point A, une courbe de variation théorique de la poussée antagoniste Pz exercée par les masselottes, cette poussée antagoniste étant égale à la poussée antagoniste du ressort de rappel en fonctionnement stabilisé pour chaque vitesse de rotation de l'arbre moteur. Du fait des forces de frottement, l'ouverture ou la fermeture de la poulie motrice et inversement la fermeture ou l'ouverture de la poulie réceptrice ne se produiront que lorsque la poussée antagoniste centrifuge exercée par les masselottes différera de la poussée antagoniste du ressort de rappel d'une valeur fonction de ces forces de frottement.Ceci est représenté, par rapport à la courbe correspondant à l'égalité desdites poussées antagonistes de la figure 2, par les courbes Pc F et PcO parallèles à la courbe Pa. Si on est au point de fonctionnement A et si le couple résistant croît ce qui entraîne une réduction de la vitesse du moteur qui devrait se traduire par une ouverture de la poulie motrice à laquelle s'opposent les forces de frottement, dans un premier temps, la poussée antagoniste centrifuge exercée par les masselottes décroit comme le carré de la vitesse car le rayon rA n'est pas modifié, la poulie motrice n'ayant pas modifié son degré d'ouverture et pour les mêmes raisons la poussée antagoniste du ressort PaR conserve sa valeur au point A. La poussée antagoniste centrifuge Pac va donc décroître selon la courbe en tiretés de la figure 2 qui, partant de la valeur Pa, varie comme le carré de la vitesse.Lorsque la valeur de Pac atteint la valeur PcO correspondant au point de fonctionnement A, c'est-à-dire la valeur de PaR pour A diminuée des forces de frottement, ce qui est obtenu sur la figure 2 pour une valeur de 2650 tours, la poulie motrice va s'ouvrir et la valeur de la poussée antagoniste du ressort PaR va diminuer en meme temps que Pac va croître le couple résistant impose à l'arbre moteur décroissant du fait de l'ouverture de la poulie motrice, ce qui se traduit par un accroissement de la vitesse du moteur qui va remonter jusqu'à un point d'équilibre de fonctionnement A' sur la figure 1 correspondant à la nouvelle ouverture R' qui correspondra par exemple, selon l'inclinaison de la courbe de la figure 1, à 2900 tours. B étant le point de la courbe Pac où la valeur de la poussée antagoniste due à la force centrifuge s'exerçant sur les masselottes atteint la valeur PaR - Fr = PcO , Fr étant les forces de frottement, la différence des vitesses de l'arbre moteur wA au point A et wB au point B est donnée par la fonctior Fr = fm(wi2-wB2), m étant la masse des masselottes. La dif férencewA - wB2 est donc d'autant plus faible que m est plus élevée. Si par exemple m' = 2m, la courbe Pac deviendra la courbe Pac' et la valeur de PcO sera obtenue pour une vitesse de rotation de 2850 tours. La présente invention est basée sur les observations ci-dessus et elle obtient le résultat recherché qui est de compenser les forces de frottement provoquant une hystérésis à la variation du rapport de démultiplication du variateur en augmentant le taux de variation de la valeur m2r de la force centrifuge s'exerçant sur les masselottes en fonction de w , , lorsque r reste constant. Ce résultat peut être obtenu en augmentant la masse m des masselottes et/ou en augmentant la valeur de r pour tout degré d'ouverture de.la poulie motrice. Il est toutefois évident que cette augmentation de la variation de la force centrifuge en fonction de la vitesse ne doit pas modifier la poussée axiale Pa s'exerçant sur le flasque mobile de la poulie motrice pour un degré d'ouverture et une vitesse donnés. Ce résultat est obtenu en créant, notamment par des ressorts une poussée antagoniste équilibrant cette augmentation de poussée axiale résultant de l'accroissement de la masse des masselottes ou du rayon de giration. Dans la figure 3 on a représenté une poulie motrice fonctionnant conformément à l'invention. Dans cette figure la référence 1 désigne le flasque fixe de la poulie, 2 l'embrayage centrifuge, 3 le flasque mobile représenté en traits pleins dans sa position d'ouverture et en pointillés dans sa position de fermeture, 4 le moyeu du flasque fixe sur lequel coulisse le flasque mobile, 5 l'axe d'articulation d'une masselotte sur un plateau 6 fixe en bout de l'arbre moteur, 7 la masselotte et 8 le levier en L articulé autour de l'axe 5 et qui vient, sous l'effet de la force centrifuge,exercer une poussée en bout sur le moyeu 9 du flasque mobile. Conformément à l'invention la masse des masselottes 7 est, par exemple multipliée par deux par rapport à la masse des masselottes dans une poulie motrice de même morphologie. Conformément à l'invention également un plateau 10 est solidarisé par des piliers 11 avec le plateau 6 et entre ce plateau 10 et un plateau en cuvette 12 sont interposés des ressorts 13. Le plateau en cuvette 12 est guidé sur les piliers Il et sa partie centrale est interposée entre le moyeu 9 du flasque mobile et la surface de poussée des leviers en L 8 des masselottes 7. La face des ressorts 13 est choisie pour équilibrer dans les deux positions de pleine ouverture et de pleine fermeture les augmentations des poussées axiales engendrées, aux vitesses de rotation correspondant à ces deux états, par l'augmentation de la masse des masselottes. Ces ressorts 13 peuvent également avoir pour résultat de modifier la courbe de variation de la poussée axiale engendrée par les masselottes en fonction de l'ouverture de la poulie motrice pour l'adapter à la courbe correspondante du ressort de rappel de la poulie réceptrice. Dans la figure 4 on a représenté à titre dlexemple d'une courbe de variation de la poussée axiale exercée sur un flasque mobile en fonction du degré d'ouverture de la poulie, la courbe de la poussée exercée par un ressort à diaphragme. Dans cette courbe la charge exercée par le ressort est porte en ordonnées et la flèche en abscisses. Lorsque le ressort est libre la charge est nulle et lorsqu'on le comprime la charge commence par croître jusqu'au point I puis décroit jusqu'au point II avant de croître à nouveau.La variation de la flèchecomprise entre les points I et II est de l'ordre de grandeur de l'ampli- tude du déplacement du flasque mobile entre la pleine fermeture (point I) et la pleine ouverture (point II) lorsque la charge varie entre les deux valeurs ParF et Paru recherchées pour la poussée axiale. On constate immédiatement que la variation de Par en fonction de la flèche n'est pas-linéaire essentiellement au voisinage des points I et Il. Si on augmente par deux la puissance du ressort la courbe de la charge en fonction de la flèche va voir ses ordonnées doublées,les points I et II devenant les points I' et II'. Pour ramener la force de poussée axiale exercée par un tel ressort aux valeurs ParF et Paro il faut introduire une démultiplication de rapport deux,mais cette démultiplication amplifie dans le même rapport le déplacement du flasque mobile pour une variation donnée de la flèche. La distance en abscisse séparant les deux valeurs de la flèche correspondant à la pleine fermeture et à la pleine ouverture va être la moitié de la distance FO. I1 est alors possible de situer en abscisse cette variation de flèche F'O' de manière que la partie de la courbe utilisée soit limitée, de part et d'autre du point d'inflexion, à une partie de la courbe pratiquement rectiligne. Dans le mode de réalisation de la figure 5 la référence 14 désigne le flasque fixe de la poulie réceptrice, la référence 15 son moyeu, 16 le flasque mobile et 17 son moyeu. 18 est le ressort à diaphragme qui est fixé à sa périphérie sur le rebord cylindrique 19 du flasque fixe et qui est solidaire en son centre d'un moyeu mobile 20 claveté coulissant sur l'axe 21 du moyeu 15 du flasque fixe. Sur ce moyeu mobile sont montés à rotation dans un plan diamétral deux pignons 22 qui engrènent avec des crémaillères 23 taillées dans la périphérie de l'axe 21 et avec des crémaillères 24 solidaires par des boulons 25 du moyeu 17 du flasque mobile. Du fait de ce montage la variation de flèche du ressort 18 pour un même déplacement du flasque mobile 16 est divisée par deux et, de la même manière la poussée axiale exercée sur le flasque mobile 16 pour le rapprocher du flasque fixe 14 n'est que la moitié de la force axiale exercée par le ressort à diaphragme 18 sur le moyeu 20. Les modes de réalisation ci-dessus décrits à titre d'exemples sont susceptibles de nombreuses modifications sans sortir du cadre des revendications ci-annexées. Revendications 1. Un variateur de vitesse automatique à courroie trapézoidalf et poulies avec flasques à écartement variable, caractérisé en ce qu'on augment le gradient de variation de la poussée axiale engendrée par le générateur de poussée axiale (7) dont la valeur de la poussée varie en fonction de la vitesse de rotation, poussée axiale agissant sur le flasque mobile (3) de la poulie motrice (1-3) et on compense, par un moyen (13) générateur d'une force indépendante de la vite de rotation, la différence , pour tout degré de fermeture de la poulie motrice, entre ladite poussée axiale à gradient plus élevée et la poussée axiale équilibrant, pour ce degré de fermeture, la poussée axiale correspondante du ressort de rappel de la poulie réceptrice. 2. tin variateur de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on augmente la masse des masselottes (7) 3. Un variateur de vitesse selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 comportant des masselottes du type en L, caractérisé en ce que l'on accroît le rayon de giration autou] de l'axe moteur de l'axe d'articulation (5) desdites masselottes (7-8). 4. Un variateur de vitesse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen générateur d'une force indépendante de la vitesse de rotation est constitué par un ou des ressorts à boudins (13) sollicitant le flasque mobile (3) à l'ouverture. 5. Un variateur de vitesse automatique à courroie trapézoïda- le et poulies avec flasques à écartement variable, caractérisé en ce qu'on augmente le gradient de variation de la poussée axiale engendrée par le générateur de poussée axia] dont la valeur de la poussée varie en fonction du déplacement de son point d'application, savoir de l'ouverture ou de la fermeture de la poulie, et on introduit entre le flasque mobile de la poulie et le générateur de poussée axiale une démultiplication du déplacement du flasque mobile ayant le meme rapport de démultiplication que le rapport d'augmentation dudit gradient. 6. Un variateur de vitesse selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on double la puissance du ressort (18) et interpose entre l'extrémité mobile dudit ressort et le flasque mobile (16) une démultiplication (22,23,24). 7. Un variateur de vitesse selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'on augmente la masse des masselottes (7) et interpose entre le moyen de poussée sollicité par lesdites masselottes et le flasque mobile (3) de la poulie motrice une démultiplication assurant audit flasque un déplacement fonction du déplacement du moyen de poussée augmenté dans le même rapport. 8. Un variateur de vitesse selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 comportant des masselottes du type en L, caractérisé en ce qu'on augmente le rayon de giration de l'axe (5) d'articulation des masselottes (7) et accroît dans le même rapport le bras de levier transformant la rotation des masselottes (7) autour de l'axe (5) en un déplacement du flasque mobile (3).