Brevet FR2593874A1 — publié le 19870807

DISPOSITIF A CHANGEMENT DE VITESSE CONTINU La présente invention se rapporte à un dispositif à changement de vitesse continu. Le principe à la base du dispositif ou de la boite à changement de vitesse continu selon l'invention consiste essentiellement à répartir la puissance motrice, disponible sur un arbre d'entrée de la boite, entre deux chaînes cinématiques de transmission, qui sont couplées l'une à 1 autre et qui présentent- des caractéristiques différentes en ce qui concerne la répartition entre la vitesse de rotation et la force de rotation. Selon une mesure technique propre à l'invention, l'une des deux chaînes cinématiques au moins, mais de préférence chacune d'elles, comporte au moins un organe de transmission, monté rotatif autour d'un axe, qui est lui-même monté sur un bras tournant autour d'un autre axe, de sorte que la rotation du bras autour de cet autre axe constitue la sortie de puissance du dispositif ou de la boite de transmission. De plus, selon l'invention, les extrémités des deux chaines cinématiques qui sont opposées à celles par lesquelles ces chaînes sont accouplées au moteur ou à un arbre moteur ou menant, sont raccordées entre elles, afin de coupler les deux chaînes de transmission, qui comportent, par conception, des ensembles différents de caractéristiques fonctionnelles force de rotation - vitesse de rotation. De la sorte, ces deux chaînes cinématiques ne peuvent s'accorder ou s'adapter l'une à l'autre et sléquili- brer que par une rotation du bras de sortie de puissance autour de l'axe de sortie, avec une vitesse de rotation et un couple disponible qui sont fonction de la différence entre les vitesses périphériques des deux chaines cinématiques et/ou les forces de rotation qu'elles transmettent. Il est ainsi possible d'obtenir des rapports différents et variables de manière continue, de la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée, moteur ou menant, à la vitesse de rotation d'un arbre de sortie ou mené, solidaire en rotation du bras de sortie, au moins dans un sens de rotation, et de préférence coaxial à l'arbre d'entrée, en faisant varier soit les puissances, soit les vitesses de rotation respectives des deux chaînes cinématiques. Dans une forme simple de réalisation, le changement de la puissance transmise peut résulter de l'introduction, sur l'une des deux chaînes couplées, ou sur les deux, d'une puissance extérieure motrice ou d'une puissance extérieure de freinage : le dispositif à changement de vitesse continu selon l'invention se caractérise donc également en ce qu'il comprend éventuellement un organe moteur et/ou un frein agissant sélectivement sur au moins un organe rotatif de l'une au moins des deux chaînes cinématiques couplées, afin de modifier la puissance transmise. Cependant, il n'est pas indispensable de recourir à un frein ou à un moteur extérieur pour résoudre le problème posé par la transmission de puissance d'une chaine à l'autre : cette transmission peut être obtenue en modifiant le mode de couplage entre les deux chaînes, et une solution consiste à laisser se réaliser purement et simplement un équilibre naturel entre les deux chaînes, dans le ou les organes de transmission assurant leur couplage avec l'arbre moteur ou d'entrée. Bien évidemment, cet état d'équilibre dépendra uniquement des seuls paramètres extérieurs au dispositif de changement de vitesse continu proprement dit, notamment la résistance opposée à la rotation du bras de sortie. De ce fait, le dispositif selon l'invention se caractérise également en ce qu'il comprend, éventuellement, un organe de réglage de la résistance à la rotation du bras de sortie. Parmi les dispositifs à changement de vitesse continu et également automatique qui peuvent ainsi être obtenus, une forme avantageuse de réalisation est telle que l'une des deux chaînes cinématiques couplées comporte une couronne extérieure, l'autre chaîne cinématique couplée comportant une couronne intérieure, et les deux couronnes sont entraînées en rotation autour de l'axe d'entrée et à partir de l'arbre d'entrée par un pignon satellite d'entrée, monté fou en rotation sur un bras radial d'entrée, solidaire en rotation de l'arbre d'entrée et en prise avec simultanément une denture de la couronne extérieure et une denture de la couronne intérieure, le couplage des deux chaînes étant assuré entre les couronnes extérieure et intérieure à l'aide d'au moins un pignon satellite de sortie, en prise avec une denture de l'une au moins des couronnes et monté fou en rotation autour de son axe, parallèle à l'axe de sortie et porté par le bras de sortie correspondant. Selon l'invention, le couplage entre les deux chaînes cinématiques peut être assuré par un nombre impair ou un nombre pair d'organes de transmission, montés entre les deux couronnes extérieure et intérieure. Parmi les réalisations comportant un nombre impair d'organes de transmission assurant le couplage entre les deux chaînes cinématiques, une réalisation particulièrement simple comprend un unique pignon satellite de sortie, en prise à la fois avec une denture interne de la couronne externe et une denture externe de la couronne interne. Cette réalisation est également avantageuse au plan du calcul et du dimensionnement des pièces qui la constituent. Par contre, parmi les réalisations comportant un nombre pair d'organes de transmission pour assurer le couplage entre les deux chaînes, une réalisation également simple et avantageuse comprend un pignon satellite de sortie en prise avec une denture interne de la couronne externe et une courroie crantée, ou une chaine, ou tout autre organe analogue, qui est en prise à la fois avec la couronne intérieure et avec le pignon satellite de sortie. Selon d'autres réalisations particulières, on utilise concurremment plus de deux chaînes cinématiques, dont les caractéristiques sont choisies afin d'obtenir le meilleur rendement possible dans des plages déterminées de démultiplication. Le changement d'une plage de démultiplication pour une autre est alors obtenu en changeant l'une au moins des deux chaînes cinématiques couplées, et en désaccouplant de l'arbre de sortie le ou les bras de sortie que l'on ne veut pas utiliser et qui correspondent à des chaînes cinématiques qui ne sont plus couplées. Si, de plus, l'accouplement d'au moins un bras de sortie, mais de préférence de tous les bras de sortie, à l'arbre de sortie est assuré par l'intermédiaire d'une roue libre, on réalise un dispositif à changement automatique de plages de démultiplication. On peut ainsi obtenir que le couple de chaînes cinématiques donnant la vitesse de sortie la plus élevée sera le seul à actionner l'arbre de sortie. Pour ces raisons, le dispositif à changement de vitesse continu selon l'invention se caractérise également en ce qu'il comprend au moins un mécanisme anti-retour, du type dit à roue libre ou à roue libre inversée, monté sur l'une au moins des deux couronnes intérieure et extérieure et/ou comme accouplement d'au moins un bras de sortie sur l'arbre de sortie, et/ou comme limiteur de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie -à une valeur inférieure à un seuil maximum et/ou à une valeur supérieure à un seuil minimum. D'autres avantages et caractéristiques de 1 'inven- tion ressortiront plus clairement de la description donnée ci-dessous, à titre non limitatif, d'exemples concrets de réalisation, dont les composants ont été choisis, pour leur structure, leurs dimensions et leur disposition, dans le but de simplifier au maximum la compréhension de 1 'inven- tion. Sur ces dessins la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un premier exemple de dispositif à changement de vitesse continu, la figure 2 est une représentation schématique d'une vue perpendiculaire à la coupe de la figure 1 et en plan de la partie supérieure du dispositif de la figure 1, selon la ligne II-II, et la figure 3 est une représentation schématique analogue à la figure 2, de la partie supérieure d'une variante ou seconde réalisation du dispositif à changement de vitesse continu. En référence aux figures 1 et 2, le dispositif comprend un arbre moteur 1, représenté verticalement sur la figure 1, dont est solidaire en rotation un bras moteur ou d'entrée radial 2. A proximité de son extrémité radiale externe, ce bras d'entrée 2 présente une portée sur laquelle est monté fou en rotation un pignon conique 3. Ce pignon 3 est un satellite d'entrée dont la denture est en prise, dans sa partie inférieure, avec la denture d'un pignon conique 4 monté autour de l'arbre moteur 1 et solidaire en rotation, autour de l'axe d'entrée de cet arbre 1, d'une couronne extérieure 5. La couronne extérieure 5 est constituée d'un disque radial, qui porte le pignon denté 4, et d'un collet axial solidaire de la périphérie du disque radial.Par sa partie supérieure, la denture externe du satellite d'entrée 3 est simultanément en prise avec la denture d'un pignon conique 6 également monté en rotation autour de l'axe d'entrée de l'arbre moteur 1 et solidaire, dans cette rotation, de la face inférieure d'une couronne intérieure 7 qui présente une denture externe périphérique 8. On obtient ainsi deux chaînes cinématiques, ayant en commun l'arbre moteur 1, le bras d'entrée 2 et le satellite d'entrée 3, et dont l'une, à partir de ce dernier, comprend le pignon denté 6 et la couronne intérieure 7, tandis que l'autre comprend, toujours à partir du satellite d'entrée 3, le pignon dente 4 et la couronne extérieure 5. En regard de la denture externe de la couronne intérieure 7, la couronne extérieure 5 présente, dans la partie supérieure de son collet axial, une denture 9 sur la face interne de ce collet.Les deux chaînes cinématiques sont couplées par un pignon denté ou satellite de sortie 10, simultanément en prise avec la denture externe de la couronne intérieure et avec la denture interne de la couronne extérieure 5, et qui est monté fou en rotation autour d'un petit arbre 11, d'axe parallèle à l'arbre moteur 1, et porté sensiblement à l'extrémité d'un bras de sortie radial 12 solidaire en rotation de la partie inférieure d'un arbre de sortie 13 qui est tubulaire, monté autour du prolongement de l'arbre d'entrée 1 et coaxial à ce dernier. Le dispositif représenté sur la figure 3 est identique à celui des figures 1 et 2 pour ce qui concerne sa partie inférieure, à savoir le montage de l'arbre d'entrée 1, du bras radial d'entrée 2 et du satellite d'entrée 3 en prise à la fois avec une denture de la couronne extérieure 5 et une denture de la couronne intérieure 7. Par contre, dans sa partie supérieure, qui correspond essentiellement au couplage des deux chaînes cinématiques et à l'accouplement à l'arbre de sortie, le dispositif de la figure 3 comprend un nombre pair d'organes de transmission assurant ce couplage.Plus précisément, on retrouve un bras de sortie 12, solidaire en rotation de l'extrémité inférieure d'un arbre de sortie tubulaire 13, coaxial à l'arbre d'entrée 1, et ce bras de sortie 12 porte, au voisinage de son extrémité radiale externe, le petit arbre 11 autour duquel est monté fou en rotation le satellite de sortie 10. On retrouve également que la couronne extérieure 5 présente, au niveau de la partie supérieure de son collet axial, une denture interne 9. Mais, dans cet exemple, cette denture interne 9 de la couronne externe 5 est en prise avec une denture externe 14 du satellite de sortie 10 qui présente une seconde denture externe 15 en prise avec une courroie crantée 16 qui est également en prise avec la denture externe 8 de la couronne interne 7.Les deux dentures 14 et 15 du pignon 10 peuvent être deux parties superposées d'une même denture extérieure, deux dentures étagées de même rayon, ou encore la denture 15 peut être une denture de plus petit diamètre que la denture 14 et située radialement à l'intérieur de cette dernière, avec un léger décalage axial, pour éviter toute interférence entre la courroie crantée 16 et la denture interne 9 de la couronne externe 5. Dans cet exemple, il n'y a donc pas de liaison directe entre le satellite de sortie 10 et la couronne interne 7. Dans un dispositif tel que celui de la figure 3, si l'on affecte les rayons R, les vitesses de rotation w et les forces correspondant au couple moteur transmis F de l'indice o pour l'entraînement par l'arbre moteur 1, de l'indice 1 pour la couronne intérieure 6, 7, de 1 'in- dice 2 pour la couronne extérieure 4-5 et de l'indice s pour le satellite- moteur ou d'entrée 3, en réservant W et F pour désigner la vitesse de rotation et la force de rotation du bras de sortie 12, et si l'on admet que, selon la partie inférieure de la figure 1 : R5 = R1, on peut poser que R2 = pR1, avec p qui est un coefficient inférieur à 1. Les vitesses de rotation présentent alors entre elles les relations suivantes w = w + w 1 o Wo s w w -w W2 = wO - W = W2 + pwl = (l+p)wo - (1-p)w5. Partant du fait que 1 - p est positif, on constate qu'une augmentation de la vitesse de rotation du satellite d'entrée 3,wS,se traduit par une diminution de W, vitesse de rotation de l'arbre de sortie 12 . Mais, parallèlement, cette augmentation de w a pour conséquence, au niveau s de la liaison sur le satellite d 'entrée 3, de provoquer un transfert de force de la couronne extérieure 4-5 vers la couronne intérieure 6-7, c'est-à-dire de F2 vers F1. Ceci a pour effet d'augmenter F. Le dispositif ainsi conçu présente donc une tendance naturelle à compenser les variations de la résistance opposée à la rotation du bras de sortie 12, donc à la rotation de l'arbre de sortie 13, ce qui est une caractéristique des boîtes de changement de vitesse automatique. En d'autres termes, le "transfert" de vitesse d'une couronne sur l'autre s'accompagne d'un "transfert" de couple dans le même sens. En ce qui concerne leur action sur la rotation du bras de sortie 12, comme les deux couronne sont prépondérantes, l'une pour la vitesse : à savoir la couronne extérieure 4-5 dans cet exemple, l'autre pour le couple : à savoir la couronne intérieure 6-7 dans cet exemple, il en résulte que l'équilibrage du couple et de la vitesse à la puissance fournie par l'arbre moteur 1 s'effectue automatiquement. Pour certaines applications, il peut être indispensable de fixer des limites à la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 13. Cette vitesse de rotation peut être maintenue supérieure à un seuil minimum et/ou inférieure à un seuil maximum. Ceci peut être réalisé à l'aide d'un mécanisme anti-retour, tel qu'une roue libre ou une roue libre inversée, qui est monté sur l'une des pièces rotatives au moins de l'une au moins des deux chaînes cinématiques couplées, ou encore sur le satellite d'entrée 3, commun aux deux chaînes, de manière à obtenir une valeur limite différente sur l'une des couronnes, en fonction du sens de rotation pour lequel l'interdiction ou la limitation sera assurée. L'état d'équilibre général des dispositifs représentés et isolés est possible avec des répartitions très différentes des vitesses et des couples. Les conditions dans lesquelles cet état d'équilibre général s'établit ne dépendent que des contraintes et conditions d'origine externe , introduites dans le fonctionnement du dispositif par des phénomènes externes imposant leurs implications de l'extérieur, telles que la puissance motrice développée et la résistance à la rotation du bras de sortie 12. La distribution ou répartition intérieure des vitesses et des couples a pour conséquence que la vitesse de rotation du bras de sortie 12 est ajustée à la puissance transmise par l'arbre moteur 1 et à la résistance exercée à l'encontre de la rotation de ce bras de sortie 12. Une voie d'action supplémentaire, permettant d'infléchir le fonctionnement du dispositif , peut consister à introduire de l'extérieur une accélération ou une décélération sur l'une des deux chaînes de transmission couplées ou, éventuellement, sur les deux à la fois. Ceci peut être obtenu par exemple à l'aide d'un dispositif de freinage produisant ses effets sur l'une des deux couronnes.Une réalisation particulièrement intéressante consiste à exercer sur le satellite d'entrée 3 une poussée, développée par un organe moteur distinct de l'arbre 1 et tendant à l'en- traîner en rotation dans l'un ou l'autre sens, afin d e créer un déséquilibre permanent visant à donner la priorité ou la primauté à l'une ou l'autre des deux chaînes cinématiques couplées, c'est-à-dire à favoriser soit la vitesse de rotation, soit le couple de rotation. L'une des deux solutions mentionnées ci-dessus favorise un fonctionnement normal automatique du dispositif de changement de vitesse, tandis que l'autre solution proposée permet un fonctionnement en frein moteur.Ces deux réalisations peuvent être aisément mises en oeuvre à l'aide d'un moteur électrique réversible, porté par exemple par le bras d'entrée 2 ou bras moteur et sollicitant le satellite d'entrée 3 afin de l'entraîner en rotation dans l'un ou l'autre sens. Il doit également être noté que, dans un exemple de réalisation selon les figures 1 et 2, il est également possible d'assurer le couplage entre les deux couronnes à l'aide de deux pignons satellites de sortie, ou de tout nombre pair de tels satellites, ce qui permet de retrouver une configuration d'ensemble semblable à celle du dispositif de la figure 3.Dans ce dernier, de plus, il convient de noter que le blocage , par une roue libre ou tout autre dispositif anti-retour ,de la couronne extérieure 5, de rayon R2, et l'application sur la sortie d'un couple résistant supérieur au couple moteur délivré par l'arbre d'entrée 1, a pour conséquence que le couple au niveau de la sortie sera égal au produit du couple moteur par le rapport R2 (R ) tandis que la vitesse possible pour le bras de sortie 1 R2 12 est divisée par ce même rapport - . Ceci donne bien R1 l'égalité des puissances entre l'entrée et la sortie du dispositif. Le même raisonnement appliqué à la couronne intérieure 7 donne des résultats exactement opposés, c'està-dire une surmultiplication par le facteur R2 de la R1 vitesse du bras de sortie 12. En conséquence, la plage du changement de vitesse ou plage de surmultiplication s'étend de 1 à R > 2 R1 convient également de noter que dans le cas du blocage de la couronne extérieure 5, l'ensemble du dispositif est bloqué. Compte tenu de la nature du moteur d'entrainement, il conviendra alors éventuellement de prévoir un embrayage. La comparaison des deux exemples décrits ci-dessus amène à constater une différence essentielle : dans le dispositif des figures 1 et 2, le fonctionnement à vitesse nulle du satellite d'entrée 3 entraine des actions de même sens exercées sur le bras moteur ou d'entrée 2 par les forces transmises par la couronne extérieure 4-5 et la couronne intérieure 6-7. Au contraire, dans l'exemple de la figure 3, ces forces transmises sont de sens opposé. Cette différence provient de la parité du nombre des organes de transmission assurant le couplage entre les chaînes cinématiques, et qui est impair (un seul pignon 10) dans la réalisation des figures 1 et 2, alors qu'il est pair (un pignon 10 et une courroie 16) dans la réalisation de la figure 3. L'intérêt de cette constatation réside dans le fait que le blocage de l'une des deux couronnes entraîne, dans le premier exemple, un mouvement du bras de sortie 12 dans le même sens, bien qu'avec des démultiplications différentes, tandis que dans le second exemple, le mouvement du bras de sortie 12 serait inversé suivant la couronne bloquée. I1 en résulte qu'un simple mécanisme de freinage, avec ou sans blocage total, permet l'inversion du sens de rotation à la sortie à partir d'une certaine puissance de freinage, le blocage l'entraînant immédiatement mais supprimant toute incidence sur le changement de vitesse, et ceci dans tous les cas ou le nombre d'organes de transmission liés directement ou indirectement au bras de sortie 12 sera d'ordre pair. REVENDICATIONS 1. Dispositif à changement de vitesse continu, comprenant un arbre d'entrée (1) accouplé à un moteur ou à un arbre menant ou moteur, ou solidaire d'un tel arbre, un arbre de sortie (13), de préférence coaxial à l'arbre d'entrée,. au moins deux chaînes cinématiques de transmission, qui sont couplées l'une à l'autre et chacune accouplées par une extrémité à l'arbre d'entrée, l'une au moins des chaînes, mais de préférence chacune d'elles, comprenant au moins un organe de transmission monté en rotation autour d'un axe, caractérisé en ce qu'au moins deux chaînes cinématiques sont couplées l'une à l'autre, au voisinage de leurs extrémités opposées à celles par lesquelles elles sont respectivement accouplées à l'arbre d'entrée (1), par au moins un organe de transmission (10)- rotatif autour d'un axe (11) monté sur un bras de sortie correspondant (12), qui est destiné à être solidarisé, dans au moins un sens de rotation, à l'arbre de sortie (13) autour d'un axe de sortie, et sur lequel la puissance de sortie du dispositif est disponible. 2. Dispositif à changement de vitesse continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des deux chaînes cinématiques couplées comporte une couronne extérieure (4,5), et l'autre chaîne cinématique couplée comporte une couronne intérieure (6,7), les deux couronnes étant entraînées en rotation autour de l'axe d'entrée à partir de l'arbre d'entrée (1) par un pignon satellite d'entrée (3) monté fou en rotation sur un bras d'entrée radial (2) solidaire en rotation de l'arbre d'entrée (1) et en prise avec une denture (4) de la couronne extérieure (5) et simul tanément avec une denture (6) de la couronne intérieure (7), le couplage des deux chaînes étant assuré entre les couronnes extérieure (5) et intérieure (7) à l'aide d'au moins un pignon satellite de sortie (10) en prise avec une denture (9) de l'une au moins (5) des couronnes et monté fou en rotation autour de son axe (11) parallèle à l'axe de sortie et porté par le bras de sortie correspon dant (12). 3. Dispositif à changement de vitesse continu selon la revendication 2, caractérisé en ce que le couplage entre les deux chaînes cinématiques est assuré par un nombre impair d'organes de transmission (10) montés entre les deux couronnes (5,7). 4. Dispositif à changement de vitesse continu selon la revendication 3, caractérisé en ce que le couplage entre les deux chaînes cinématiques est assuré par un unique pignon satellite de sortie (10) en prise à la fois avec une denture interne (9) de Ja couronne externe (5) et une denture externe (8) de la couronne interne (7). 5. Dispositif à changement de vitesse continu selon la revendication 2, caractérisé en ce que le couplage entre les deux chaînes cinématiques est assuré par un nombre pair d'organes de transmission (10, 16). 6. Dispositif à changement de vitesse continu selon la revendication 5, caractérisé en ce que le couplage entre les deux chaînes cinématiques est assuré par un pignon satellite de sortie (10) en prise avec une denture interne (9) de la couronne externe (5) et par une courroie crantée (16) ou un organe analogue qui est en prise à la fois avec la couronne intérieure (7) et le pignon satellite de sortie (10). 7. Dispositif à changement de vitesse continu selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend également au moins un mécanisme anti-retour, du type roue libre, monté sur l'une au moins des deux couronnes (5,7) et/ou comme accouplement d'au moins un bras de sortie (12) sur l'arbre de sortie (13) et/ou comme limiteur de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie (13) à une valeur inférieure a un seuil maximum et/ou à une valeur supérieure à un seuil minimum. 8. Dispositif à changement de vitesse continu selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend également un organe moteur et/ou un frein agissant sélectivement sur au moins un organe rotatif (3) de l'une au moins des deux chaînes cinématiques couplées afin de modifier la puissance transmise. 9. Dispositif à changement de vitesse continu selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un moteur électrique réversible est fixé sur le bras d'entrée (2) et transmet au pignon satellite d'entrée (3) une poussée motrice dans l'un ou l'autre sens de rotation. 10. Dispositif à changement de vitesse continu selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de réglage de la résistance à la rotation du bras de sortie (12).