Brevet FR2622944A1 — publié le 19890512

La présente invention concerne un dispositif permettant de faire varier le diamètre d'une poulie, utilisable préférentiellement dans un système variateur de vitesse et intégrable dans tout ensemble mécanique de transmission de vitesse et de puissance. L'art antérieur en matière de variateurs de vitesse mécaniques va des boîtes de vitesse à pignons d'engrenage classiques jusqu'au système à flasque mobile utilisé en son temps par DAF, en passant par des boîtes munies de surmultiplicateurs ou à trains épicycloïdaux. Le plus proche de l'invention, le variateur DAF, comporte des poulies dont l'une des joues est mobile et qui sont reliées par une courroie métallique travaillant en tirage ou en compression. Les mouvements relatifs des joues mobiles font varier les diamètres efficaces de leurs poulies et produisent ainsi une variation continue du rapport de démultiplication. A titre d'exemple, au fur et à mesure que la vitesse augmente, les joues de la poulie primaire se resserrent alors que les joues de la poulie secondaire s'ouvrent, de telle sorte que la démultiplication soit augmentée. Toutefois, l'application du principe consistant à faire varier la vitesse par variation du diamètre n'est ici que très limitée : la technique employée, à base de flasques mobiles, ne permet pas un changement de diamètre très conséquent. Les deux vitesses extrêmes sont donc dans un rapport assez peu élevé. De plus, un tel système, basé sur le glissement radial de la courroie métallique dans la gorge de la poulie, engendre des pertes énormes et n'offre pas une grande souplesse d'utilisation. Le dispositif suivant l'invention remédie à ces inconvénients tout en conservant le principe de la variation de vitesse obtenue par changement des diamètres des poulies du système. Le problème non résolu à ce jour était de trouver un dispositif simple, facile à mettre en oeuvre et surtout dont la conception puisse offrir une gamme d'utilisation la plus large possible. La difficulté : employer les composants usuels en mécanique sans être contraint d'élaborer un mécanisme- trop complexe. L'invention transforme la vision actuelle des ensembles source d'énergie/transmission en augmentant considérablement son domaine d'application. Ses qualités les plus avantageuses sont les suivantes - le système est mécaniquement simple, peu encombrant, - la réalisation n'est pas onéreuse par rapport aux dispositifs actuels, - la maintenance ne pose aucun problème, d'autant que, - la résistance à long terme est bien supérieure à tout ce qui existe aujourd'hui, car la continuité lors du changement de vitesse supprime tout choc et élimine les contraintes brusques et répétées accroissant la fatigue du matériau et son usure. Le principe retenu pour réaliser cette poulie à diamètre variable est celui du différentiel, un peu modifié cependant, et appliqué à un mécanisme inhabituel. La première différence réside dans son fonctionnement, inversé par rapport au schéma classique dans le fait que les planétaires sont libres en rotation autour de l'arbre central alors que les satellites sont entrainés par le même arbre. Ces derniers, dont le nombre varie selon la conception, sont libres en rotation autour d'un axe radial, mais tournent avec le moyeu en entrainant les planétaires. Ces satellites sont solidaires d'une tige filetée suivant également un axe radial et tournent en parfaite synchronisation les uns par rapport aux autres selon cet axe, lorsqu'ils sont entrainés par l'un des planétaires, et seulement dans le cas suivant : lorsqu'on exerce une action de freinage sur l'un des deux planétaires, la différence de vitesse entre celui-ci et le moyeu entraine la rotation du satellite et de la tige filetée. Chaque tige filetée comporte un plateau porte-poulie guidé en translation par une glissière et sur lequel est fixé un tronçon de poulie. Lorsque la tige tourne sur elle-même avec le satellite, le plateau se déplace en translation rectiligne selon l'axe tige filetée/glissière, le sens de déplacement dépendant du planétaire sur lequel s'exerce le freinage. On va maintenant décrire l'invention plus en détail en se référant aux figures annexées pour lesquelles - la figure 1 représente une portion de flasque vue de face, - la figure 2 montre l'articulation du système différentiel avec la roue porte-poulie, - la figure 3 représente une phase de fonctionnement. Le principe de base permettant de faire varier le diamètre de la poulie réside dans l'association de ladite poulie avec une roue porte-poulie actionnée par le système différentiel. Cette roue est composée de flasques (1) et (2) découpés de fentes (7), assemblés par une couronne périphérique (3) et un moyeu central (4). Ces deux derniers éléments font office d'entretoise et ménagent un volume creux cylindrique entre le moyeu (4) et la couronne (3) comme le montre la figure 2. La figure 1 donne l'aspect extérieur des flasques et montre la forme des fentes (7) découpées dans la matière, en particulier leur partie inférieure trapézoïdale. Ces fenêtres trapézoïdales permettent l'accès aux dents des pignons coniques (6) dits satellites, dont le diamètre est par ailleurs trop important pour être contenu dans l'espace entre les deux flasques (1) et (2). Ledit satellite (6) est solidaire du moyeu (4) en rotation autour de l'arbre (11) mais libre en rotation autour d'un axe radial (12). Une tige filetée (5) est fixée sur ledit satellite, et guidée mais libre en rotation au niveau de la couronne périphérique (3). Des plateaux porte-poulie (8) se déplacent le long de ces tiges filetees (5), guidés en translation par les fentes (7) faisant office de glissière. Ces porte-poulies supportent des tronçons de poulie, ainsi que l'illustre la figure 3. Comme on le voit, la poulie est divisée en secteurs identiques, dont le nombre est égal à celui des pignons coniques (6) et donc des tiges filetées (5). Lorsque tous les tronçons (9) sont en position inférieure, c'est-à-dire à proximité du centre de la roue, ils s'ajustent pour former la poulie complète comme sur la roue de droite en figure 3. La roue de gauche montre au contraire la poulie éclatée", c'est-à-dire que les tronçons (9) sont tous équidistants du centre géométrique de la roue, la circonférence ainsi formée étant supérieure à la précédente puisque le diamètre de la "nouvelle poulie a augmenté. On va maintenant expliquer le fonctionnement du dispositif: lorsque la roue porte-poulie tourne avec l'arbre (11), elle entraine les deux roues dentées dites planétaires (10) situées de part et d'autre grâce au pignon conique (6) (les deux planétaires (10) sont libres en rotation autour de l'arbre (11)). Si l'on exerce une action de freinage sur l'un ou l'autre des planétaires (10), l'effort est répercuté sur les dents de chaque satellite qui se met à tourner sur lui-meme, entraînant la tige filetée (5). Chaque plateau porte-poulie (8), relié à ladite tige filetée par vissage et guidé en translation rectiligne suivant un axe radial par les glissières (7) découpées dans les flasques, subit un mouvement de translation dans un sens ou dans l'autre, selon le planétaire freiné. Chaque ensemble satellite (6)/tige filetée (5) se répète identiquement par symétrie rotative le long de la circonférence du moyeu (4). Leur nombre dépend de l'utilisation future des poulies et des spécifications y afférentes. Les seules limitations sont d'ordre dimensionnel ou mécanique. Bien entendu, ces poulies variables trouvent leur application la plus évidente dans les ensembles variateurs de vitesse, dans lesquels elles sont reliées par des courroies qui transmettent le- mouvement d'une poulie à l'autre. Dans une configuration classique,. la poulie variable selon l'invention fonctionne avec une courroie trapézoïdale habituelle, mais on peut envisager d'autres moyens de transmission. C'est un avantage supplémentaire dans la mesure où ce système ne nécessite aucun accessoire non courant. La tension des courroies est maintenue par des galets, selon une configuration très classique. Intégrée dans un tel ensemble variateur de vitesse, l'invention permet la variation progressive de vitesse sans interruption ni passage au point mort. Elle est donc susceptible d'apporter un progrès décisif dans tous les domaines d'application des variateurs de vitesse avec, soulignons-le, une simplification du système mécanique et un gain de place considérable. Selon une variante de l'invention, il est possible d'avoir une poulie à diamètre variable de part et d'autre de la roue, en concevant des plateaux porte-poulie symétriques par rapport au plan radial de la roue porte-poulie. Dans une autre configuration, on peut placer des plateaux à des niveaux différents sur la tige, à condition d'avoir prévu que les poulies soient parfaitement reconstituées en position basse. Enfin, on peut envisager des poulies double-gorges pour un usage multidirectionnel. La commande de la variation du diamètre de la poulie ne pose aucun problème, quelle que soit la technique utilisée (électromagnétique, mécanique, hydraulique...) puisque le seul effet désiré consiste en un freinage d'un des planétaires (10). L'adaptation du dispositif selon l'invention en est rendue plus aisée dans tous les domaines utilisant des variateurs de vitesse, fort nombreux et dont on se contentera de citer quelques exemples : bicyclettes, automobiles, machine-outils, motocyclettes, etc... D'une manière générale, la description qui précède n'est donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et elle englobe toutes variantes entrant dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de faire varier le diamètre d'une poulie comportant - une roue composée de deux flasques (1) et (2), découpés de fentes (7) radiales s'évasant en une partie inférieure trapézoïdale, et assemblés par une couronne périphérique (3) et un moyeu central (4) qui servent d'entretoise, ladite roue étant fixée à un arbre (11) qui l'entraine, et - un système différentiel composé de deux roues dentées identiques (10) dites planétaires placées de part et d'autre de la précédente roue et libres en rotation autour de l'arbre (il), et de plusieurs pignons coniques identiques (6) dits satellites engrenés à intervalles réguliers sur les planétaires (10), et caractérisé en ce que - chaque satellite (6) est solidaire d'une tige filetée radiale (5) sur laquelle est vissé un plateau porte-poulie (8) guidé en translation rectiligne suivant l'axe -de la tige par les fentes découpées (7) faisant office de glissière, l'ensemble tige/satellite étant libre en rotation autour de l'axe radial (12) de la tige (5) et maintenu à ses deux extrémités dans le moyeu (4) et la couronne périphérique (3), ledit satellite (6) étant solidaire du moyeu (4) en rotation autour de l'arbre (11) et entraînant les deux planétaires (10) à travers les portions trapézoïdales des fenêtes (7) et en ce que, - une action de freinage sur l'un des deux planétaires (10) entraine la rotation de chaque satellite (6) et de chaque tige filetée (5) autour de l'axe radial (12), entrainant le déplacement rectiligne du plateau porte-poulie (8) auquel est fixé un tronçon (9) de la poulie, de telle sorte qu'en butée inférieure, à proximité del'arbre (11), chaque tronçon de poulie s'ajuste avec celui qui le jouxte pour reconstituer la poulie, alors qu'autrement ladite poulie est éclatée en tronçons identiques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plateaux porte-poulie (8) sont parfaitement symétriques par rapport au plan radial de la roue porte-poulie, de manière à avoir deux poulies identiques de part et d'autre de ladite roue. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des plateaux porte-poulie (8) sont placés à des niveaux différents sur la tige filetée (5). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plateaux porte-poulie (8) supportent des poulies à double gorge.