Brevet FR2590638A1 — publié le 19870529

La présente invention concerne des perfectionnements auxdispositifs d'entraînement et pLus précisément un dispositif d'entraînement ayant d'excellentes caractéristiques de volume, d'enveloppe et de poids et constituant un dispositif commode pour la modification d'un rapport de nombre de tours. Les dispositifs d'entraînement utilisent des éléments roulants sur une surface lisse continue afin qu'ils donnent un. rapport déterminé de nombres de tours entre un organe d'entrée et un organe de sortie. Les éléments d'entraînement sont habituellement lubrifiés par un fluide de traction tel que l'un des fluides "Santotrac" de Monsanto. I1 s'agit essentiellement d'hydrocarbures cycloaliphatiques synthétiques donnant une traction élevée. Le coefficient de traction du fluide est d'environ 50 % supérieur à celui que donnent les huiles minérales classiques. Ce coefficient représente les forces maximales disponibles de traction qui peuvent être obtenues aux interfaces des éléments en contact, et constitue une mesure du couple maximal disponible d'entraînement. Lorsque ce couple est dépassé, un glissement important et inacceptable apparaît. Un glissement inférieur à 3% est normal dans la plupart des dispositifs d'entraînement par traction. Des dispositifs d'entraînement sont parfois indiqués comme étant "sans glissement", mais ils présentent en réalité toujours un petit glissement relatif. Les divers éléments des dispositifs d'entraînement classiques sont réalisés de diverses manieres. La plupart d'entre eux sont sous forme de bagues, de cônes et de cylindres. De nombreux dispositifs d'entraInement sont combinés à des éléments classiques a engrenage afin qu'ils donnent un rapport déterminé de nombres de tours. Les dispositifs classiques d'entraînement présentent un certain nombre de caractéristiques indésirables. Par exemple, de nombreux dispositifs sont encombrants et ont des enveloppes du diamètre, de la longueur et du volume qui sont indésirables, par exemple dans le cas d'un ensemble d'entraînement présentant une nutation qui met en oeuvre des cônes doubles roulant et présentant une nutation à l'intérieur de deux bagues fixes. Les éléments d'entraînement selon ce principe sont aussi de fabrication complexe. Une autre transmission complexe et encombrante met en oeuvre quatre cônes fixes qui sont repoussés contre un rouleau mobile et qui transmettent une rotation à ce dernier. Ce principe met aussi en oeuvre une combinaison de dispositifs d'entraînement à engrenages et par traction, afin qu'un rapport global de nombre de tours soit obtenu. Un autre exemple est constitue par une transmission à poulies jumelles mettant en oeuvre deux courroies d'acier en V entraînant un arbre de sortie par application de forces de traction. Ce dispositif d'entraînement est aussi encombrant et complexe, même lorsqu'il est limité à un seul rapport d'entraînement. The NASA Lewis Research Centre a mis au point un dispositif d'entraînement par traction qui comporte un seul étage de rouleaux satellites, deux rangées de cinq rouleaux satellites étagés étant logées entre des rouleaux concentriques central et annulaire. Cette transmission est peu encombrante mais elle ne donne pas les avantages d'un réglage du rapport.des nombres de tours. L'invention concerne un appareil d'entraînement par traction donnant un rapport variable de nombres de tours, comprenant un organe rotatif d'entrée destiné à tourner autour d'un axe d'entrée, un organe rotatif de sortie et plusieurs billes d'entraînement placées entre les organes d'entrée et de sortie, chaque bille d'entraînement pouvant tourner autour d'un axe de rotation de billes, caractérisé en ce que les variations de l'angle forme par les axes de rotation des billes et par l'axe d'entree donnent un rapport variable des nombres de tours, et en ce que l'appareil comporte en outre un dispositif destiné à appliquer une force préalable aux organes d'entrée et de sortie afin que le couple transmis de l'organe d'entrée à l'organe de sortie puisse être réglé. Ainsi, la présente invention concerne un dispositif d'entraînement par traction à rapport variable qui donne le rapport nécessaire de nombres de tours par mise en oeuvre d'un jeu de billes d'entraînement à axe incliné et de forme géométrique simple, qui sont montees sur un organe de support d'entrée et qui sont maintenues entre une bague externe fendue, une première moitié étant fixée au bâti et l'autre moitié formant l'organe de sortie. Le dispositif résultant d'entraînement se loge avec un faible encombrement dans la cavité d'un dispositif d'entraînement d'un organe interne, par exemple un moteurcouple plat. L'appareil est mécaniquement simple et permet des changements de rapports de nombres de tours par simple modification de l'angle d'inclinaison de l'axe des billes. D'autres caractéristiques et avantages d'un appareil d'entraînement par traction à rapports variables de nombres de tours selon l'invention ressortiront mieux de la description detaillee qui va suivre, faite en référence aux dessins annexes sur lesquels la figure l:est une demi-coupe d'un' exemple de dispositif d'entraînement, dans un mode de réalisation de l'invention la figure 2 est un schéma mécanique de éléments d'entraînement representés sur la figure l ;; la figure 3 est un graphique représentant la relation entre le rapport de nombres de tours du dispositif d'entraînement selon l'invention et deux paramètres nominaux représentés sur la figure 2 la figure 4 est une coupe des éléments d'un autre mode de realisation qui comporte un organe flottant de réaction vis-à-vis des forces radiales, destine à encaisser les couples élevés, et un autre dispositif d'entraînement;; la figure 4A est une coupe suivant la ligne 4A4A de la figure 4 la figure 5 represente une autre configuration de dispositif d'entraînement selon une variante de celui de la figure 1, permettant un réglage préalable de la force de naniére qu'un couple plus élevé puisse être encaissé la figure 5A est une coupe suivant la ligne 5A 5A de la figure 5 la figure 6 représente une variante de configuration de dispositif d'entraînement, permettant un réglage du rapport de nombres de tours sans remplacement d'éléments; et la figure 6A est une coupe suivant la ligne VI VIA de la figure 6. On se réfère à la figure 1 ; le dispositif composite de traction à accouplement par billes comporte un organe 1 formant un support d'entrée, porté par un jeu de billes 7 par l'intermédiaire de roulements 8 à l'inte- rieur de bagues 6 et 10 formant le chemin externe de roulement, la bague 6 étant fixée à un organe 15 du boîtier et la bague 10 de sortie étant fixée à un organe 14 de boîtier par I'intermédiaire d'un diaphragme 11 soumis à une force préalable, un organe de sortie 12 et un ou plusieurs roulements :50 de l'organe de sortie.L'induit 2 du moteur d'entrainement est monté sur l'organe 1 d'entrée de même qu'un induit 4 d'un résolveur de position d'entrée du dispositif d'entraînement. I1 est évident que d'autres dispositifs ou moteurs d'entraînement (par exemple à pignons, à bagues moletées, ainsi que d'autres capteurs) de position angulaire, de vitesse etXou d'accélération) peuvent être fixés à l'organe 1 d'entrée. Dans le mode de réalisation représenté, les stators 3 et 5 du moteur et du résolveur sont fixes respectivement aux organes 14 et 15 du boîtier. Le rapport de nombres de tours de l'organe d'entrée 1 et de l'organe de sortie 12 est déterminé par la position de l'axe de rotation 13 -des billes par rapport à l'axe de rotation de l'organe d'entrée 1. La figure 2 indique la nomenclature utilisée. Sur la figure 2, l1incli- naison de l'axe 13 de rotation de la bille d'un angle Q implique que les rayons 20 et 21 des billes aux points de contact 17 et 16 sont différents. Les rayons des deux organes 10 et 6 en forme de bagues, sur la figure 1, sont indiqués par les références 22 et 23 respectivement sur la figure 2, et ils ne varient pas lorsque l'angle d'inclinaison est modifié. Les rayons 22 et 23 sont égaux.L'emplacement du point 16 de contact est déterminé par la distance 25 de décalage radial au centre de la bille 7 par rapport à l'axe 19 de rotation de l'organe d'entrée, par le rayon 26 de la bille 7 et par les dimensions axiales 27, et l'emplacement est aussi déterminé par l'angle a . te rapport de nombres de tours TR de l'organe de sortie 12 et de l'organe d'entrée 1 peut être exprimé sous la forme TR = sin (a- 0) sin(a- 0) - sin(a+ 0) Lorsque l'angle a a été determiné pour une réalisation donnée, l'angle Q d'inclinaison des billes peut être choisi afin qu il assure un changement du rapport de nombres de tours par réglage ou remplacement des eléments 9 de support représentés sur la figure 1.L'axe 13 de rotation de chaque bille est commandé par les éléments 9 de support de billes qui portent les billes 7 par l'intermédiaire des roulements 8. Les deux organes peuvent être identiques mais ils sont montés avec une orientation de 1800 comme représenté sur la figure 1. La figure 3 est un graphique correspondant à l'équation de TR lorsque l'angle a est égal à 304, 45" et 60". Comme l'indique la figure 3, des rapports de nombres de tours allant de 1/1 à plus de 80/1 sont facilement obtenus par réglage ou modification de l'angle Q d'inclinaison des billes. Cet angle 6 peut être modifié par utilisation d'autres organes 9 dans l'organe d'entrée 1 comme indiqué sur la figure 1. On se réfère à nouveau à la figure 1 ; les billes 7 de support sont soumises à une force ou charge préalable aux deux points de contact 16 et 17 au niveau de la bague fixe 6 et de la bague de sortie 10 respectivement, par l'intermédiaire du diaphragme 11 d'application d'une charge préalable. Le couple d'entraînement dont peut disposer le dispositif d'entraînement est déterminé par le couple d'entrée et le rapport de nombres de tours mais il ne peut pas dépasser celui qui provoque un glissement important aux interfaces 16 et 17. Ce couple limite est déterminé non seulement par le coefficient de traction comme indiqué précédemment mais aussi par la force normale agissant sur les billes 7 aux points de contact 16 et 17. Cette charge est créée par positionnement de l'organe 12 de sortie en direction axiale par rapport au boîtier 14 à l'aide d'un écrou 18 de reglage agissant par l'intermédiaire du roulement 50. La position axiale de l'organe 12 de sortie par rapport à celle de la bague de sortie 10 détermine le fléchissement axial du diaphragme 11 et en conséquence la force axiale préalable appliquée entre les organes 10 et 6 par l'intermédiaire des billes 7. L'organe d'entrée 1 est supporté non seulement dans toutes les directions par le mécanisme de réduction de vitesse d'entraînement, mais aussi il occupe peu d'espace par exemple dans la cavité d'induit de moteur-couple plat classique. Ceci permet une réalisation idéale du dispositif réducteur de vitesse d'entraînement à l'intérieur de l'enveloppe que doit avoir l'induit du moteur-couple. Le mécanisme d'entraînement constitue un dispositif d'obtention d'un rapport déterminé de nombres de tours qui est moins complexe que ceux qui sont nécessaires dans d'autres dispositifs d'entraînement par traction. En outre, l'analyse des roulements å billes et la technologie de fabrication sont bien etablies et peuvent être appliquées directement au dispositif d'entraînement par traction selon l'invention. L'absence de cônes effilés et d'arbres, par exemple utilisés dans certains dispositifs d'entraînement par traction, accroît la rigidité angulaire de l'ensemble. Le jeu angulaire est nul, comme cela est vérifié dans la plupart des autres dispositifs d'entraînement par traction. Dans le cas des couples de sortie très élevés qui nécessitent des forces axiales préalables importantes, les forces radiales appliquées aux roulements 8 de support des billes 7 peuvent devenir alors difficiles à encaisser. Les figures 4 et 4A représentent une configuration dans laquelle les composantes radiales de la charge axiale réagissent par l'intermédiaire des billes 7 si bien que les roulements 8 de support des billes 7 n'encaissent pas cette composante. Sur la figure 4, l'axe 13 d'inclinaison des billes 7 est maintenu comme décrit précédemment, mais la composante radiale de la force préalable (charge axiale) est encaissée par une bague interne flottante 28 de charge, par l'intermédiaire des points internes de contact 29. L'appareil de la figure 4 permet la réalisation d'une variante de dispositif d'entraînement dans laquelle l'induit 2 du moteur d'entraînement représenté sur la figure 1 est fixé à la bague interne flottante 28 et non à l'organe d'entrée 1. Cette configuration donne un rapport supplementaire de nombres de tours TR' entre l'organe 12 de sortie et l'organe 1 d'entrée, te rapport étant exprimé sous la forme : TR' = E - 0,5 d 2E - d(0,5-sin a) dans laquelle E'désigne le diamètre primitif d'une bille 7 et d le diamètre de la bille. Les figures 5 et 5A représentent une variante d'un dispositif anti-rotation permettant la fixation de la bague 6 formant le chemin de roulement sur l'organe 15 du boîtier. Cette variante de configuration permet un réglage axial de la position de la bague 6 par rapport à l'organe 15 du boîtier en fonction du couple d'entraînement, par l'intermédiaire de l'angle ss de came formé sur l'organe 6 et qui applique une force de réaction aux billes 28. Ce changement axial de position augmente automatiquement la force prealable axiale appliquee aux billes 7 par le diaphragme 11 si bien que les possibilités d'accouplement par traction sont accrues. et permettent la transmission de ce couple accru sans glissement excessif.La relation entre le changement de force axiale préalable et et le couple d'entraînement T est exprimée sous la forme - C T tgI3 tgss dans laquelle C est une constante qui depend de paramètres de réalisation. Une variante de détermination d'un rapport donné de nombres de tours par sélection d'un angle Q d'inclinaison des billes peut avoir une configuration telle que repré- sentée sur les figures 6 et 6A. L'organe 1' d'entrée est une variante de l'organe 1 d'entrée représenté sur la figure 1. Un montant 30 fixé au flasque de l'organe 1' aboutit à une bille 31 de pivotement qui pilote un support 32 de billes. Le support 32 a un bras 33 de guidage comportant deux plats 34 et une bille 35 de positionnement. Les plats 34 se logent dans des fentes radiales d'un second flasque de l'organe 1'. Ces fentes 36 permettent un déplacement radial uniquement du bras 33 de guidage et empêchent la rotation du support 32 autour de l'axe de la bille 31. Une plaque 37 dé réglage a des fentes inclinées 38 de guidage qui retiennent le bras 33 de guidage par l'intermédiaire d'une bille 35. Cette plaque 37 de réglage est guidée sur un tourillon 39 de l'organe 1' d'entrée et est verrouillée en place par un collier 40 de serrage. L'angle Q d'inclinaison de la bille peut alors être réglé par réglage en rotation de l'organe 37 par rapport au flasque de l'organe 1'. I1 est évident que ce réglage a a des effets égaux sur l'angle Q d'inclinaison des axes de toutes les billes si bien que le réglage du rapport de nombres de tours est le même pour toutes les billes. Un dispositif convenable d'étalonnage de ce réglage en rotation et du rapport résultant de nombres de tours peut être disposé, par exemple sous forme de graduations 41 représentées sur la figure 6A. Comme l'indique cette dernière figure, la fente 38 de réglage de l'organe 37 peut avoir diverses inclinaisons et configurations afin qu'elle donne une sensibilité déterminée de réglage du rapport de nombres de tours. Lorsque l'angle ss de la figure 6A augmente, la sensibilité du réglage du rapport de nombres de tours de l'organe 37 diminue puisqu'une rotation déterminée de l'organe 37 par rapport à l'organe 36 provoque un plus faible changement de l'angle Q d'inclinaison et un changement résultant du rapport de nombres de tours. La configuration de la figure 6A est celle d'un dispositif d'entraînement à six billes, mais d'autres nombres de billes 7 peuvent être utilisés. REVENDICATIONS 1. Appareil d'entraînement par traction à rapports variables de nombres de tours, comprenant un organe rotatif d'entrée (1) destiné à tourner autour d'un axe d'entrée (19), un organe rotatif de sortie (12), et plusieurs billes d'entraînement (7) retenues entre les organes d'entrée et de sortie, chaque bille d'entraînement pouvant tourner autour d'un axe (13) de rotation, caractérisé en ce que les variations de l'angle Q formé par les axes de rotation des billes d'entraînement (7) et l'axe d'entree (19) déterminent un rapport variable de nombres de tours, et en ce que l'appareil comporte en outre un dispositif destine à appliquer une force préalable aux organes d'entrée et de sortie (1,12) afin que le couple transmis de l'organe d'entrée à l'organe de sortie soit réglé. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (9,37) de réglage de l'angle (g) forme par les axes de rotation (13) des billes d'entraînement et par l'axe d'entrée (19) afin que le rapport de nombres de tours de l'organe rotatif d'entrée (1) et de l'organe rotatif de sortie (12) varie. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'organe d'entrée (1 > comporte un support d'entrée (9) dans lequel chacune des billes (7) d'entraînement est disposée afin qu'elle tourne autour de son axe de rotation (13), par l'intermédiaire de roulements à billes (8) supportant la bille d'entraînement dans le support d'entrée, l'orientation du support d'entrée (9) déterminant l'angle (Q) des axes de rotation (13) des billes d'entraînement et de l'axe d'entrée (19).