Brevet FR2641515A2 — publié le 19900713

FR 2641515 A2 19900713 FR 8817573 A 19881221 "Variateur de vitesse à rapports étagés". Le brevet français 88.13293 au nom du demandeur est relatif à un variateur pour cycle du type comprenant, d'une part, deux plateaux, montés libres en rotation, dans un support fixe, présentant des surfaces toriques internes de frottement se faisant vis à vis, et reliés, l'un, à des moyens moteurs et, l'autre, à des moyens récepteurs, et au moins un ensemble de roulement interposé entre les deux plateaux et apte à transmettre le mouvement du plateau moteur au plateau récepteur avec un rapport dépendant de l'inclinaison du berceau de l'ensemble de roulement par rapport à l'axe longitudinal autour duquel pivotent les plateaux. Plus précisément, ce brevet concerne un variateur du type précité dans lequel chacun des ensembles de roulement1 d'une part, est composé de deux galets, d'axes parallèles, coopérant avec les surfaces toriques et montés libres en rotation dans un berceau commun, mais liés en rotation par des pignons inversant leur sens de rotation, d'sutre part, est muni de tourillons montés oscillants dans les paliers d'un anneau support, non rotatif mais monté flottant dans le boitier et, de plus, est lié à chacun de ses voisins par des moyens à rotule coopérant avec un cadre de liaison. Les mouvements de commande de ce cadre proviennent du berceau de l'un des ensembles de roulement qui, dit de commande, est solidaire d'une tige de commande traversant le boitier.Enfin, la pression d'application des surfaces de frottement torique sur les galets est assurée par un embrayage composé d'un plateau de pression agissant, par l'intermédiaire de rampes et de billes, sur le dos du plateau moteur. Dans ce dispositif, la variation simultanée de l'inclinaison des trois ensembles de roulement permet de modifier la vitesse du plateau récepteur entre le rapport maximal et le rapport minimal ou inversement, en passant par un grand nombre de rapports intermédiaires, sans modification du sens de rotation de ce plateau récepteur, sens qui est le même que celui du plateau moteur. Dans ce variateur, la transmission du mouvement entre les plateaux moteurs et récepteurs et entre ces plateaux et les ensembles de roulement, est effectuée par frottement des galets sur les surfaces de frottement torique et dépend donc des coefficients de frottement des surfaces en contact, mais aussi de la pression appliquant ces surfaces les unes contre les autres. En pratique, la pression d'application est limitée à une valeur dépendant de la résistance mécanique du matériau-constituant les surfaces toriques de frottement, afin de ne pas provoquer la destruction de ce matériau par les forces de réaction engendrées.Or, d'après les matériaux utilisés à ce jour, il s'avère que pour ne pas obtenir une destruction rapide des surfaces toriques de frottement, il est souhaitable que cette pression d'application soit assez faible, ce qui limite l'utilisation du variateur à des applications mettant en oeuvre des couples de valeur moyenne. Par ailleurs, il s'est également révélé à l'usage que, même dans le cadre de l'application de la variation de vitesse de cycle, une plage infinie de rapport, entre deux rapports extrêmes, présentait un intérêt relatif, dans la mesure où ce dernier ne compensait pas les aléas de transmission pouvant résulter des glissements relatifs entre les surfaces de frottement. La présente addition a pour but de fournir une autre forme de réalisation du variateur permettant d'obtenir, par un étagement des rapports de transmission, une transmission positive du mouvement supprimant toute perte par glissement et pouvant être utilisée pour transmettre des couples plus élevés sans risque de détérioration du dispositif. A cet effet, chaque ensemble de roulement ne comprend que deux pignons d'axes parallèles montés libres en rotation dans le berceau correspondant, engrenant entre eux et constituant moyens de transmission du mouvement entre les plateaux, respectivement, moteurs et récepteurs, tandis que chacune des surfaces toriques, solidaires de ces deux plateaux, présente, eri saillie, des dentures circulaires co-axiales se différenciant par leurs diamètres primitifs et leur nombre de dents, mais ayant des dents de mêmes dimensions et même module que celles des pignons des ensembles de roulement avec lesquels elles engrènent, et que l'anneau support portant les berceaux et, monté flottant dans le boitier, coopère avec au moins un ressort de rappel le ramenant, lors du débrayage du plateau de pression, dans une position médiane entre les plateaux et contre au moins une butée du boitier. Dans cette forme d'exécution, où les pignons engrènent avec les dentures ménagées sur les surfaces toriques, la transmission des efforts du plateau moteur aux ensembles de roulement et des ensembles de roulement au plateau récepteur, est positive, c'est à dire 6'effectue sans glissement, ce qui permet d'obtenir sur le plateau récepteur des couples de valeur constante, quel que soit leur rapport de transmission, mais aussi des couples de plus forte valeur. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant à titre d'exemples non limitatifs une forme d'exécution de ce dispositif. Figure 1 en est une vue en coupe transversale, Figure 2 en est une vue en coupe suivant II-II de figure 1, Figure 3 est une vue partielle en coupe transversale montrant plus en détails l'un des berceaux, Figure 4 est une vue de côté en coupe partielle du palonnier montrant les moyens d'indexation, Figure 5 est une vue en plan par dessus du plateau de verrouillage. Dans la description qui suit, les moyens communs à la présente addition et la forme d'exécution décrite dans le brevet principal porteront les mêmes références, tandis que les moyens modifiés ou nouveaux seront référencés à partir de la référence 60. Dans ces dessins, 2 désigne l'anneau de fixation soudé sur le cadre du cycle à la place du traditionnel boitier de pédalier, 4 et 5 désignent les deux carters supports du dispositif qui sont liés l'un à l'autre en enserrant l'anneau 2 par des vis de liaison 6. 8 désigne le plateau moteur et 9 le plateau récepteur. Ces deux plateaux sont montés libres en rotation autour de l'axe x'-x. 13 désignent les trois ensembles de roulement dont les berceaux 60 sont munis de tourillons 15 montés libres en rotation dans un anneau support 17 monté flottant dans le boitier. Enfin, 42 désigne un plateau de pression qui, dans le cas de l'application de ce dispositif à la variation de vitesse sur un cycle, est lié en rotation à l'une des manivelles 43 du cycle. Selon l'invention, chacun des ensembles de roulement 13, assurant la transmission du mouvement entre le plateau moteur 8 et le plateau récepteur 9, comprend deux pignons 62 montés libres en rotation dans le berceau 60 autour d'axes parallèles 63. Ces deux pignons qui engrènent l'un avec l'autre, engrènent également avec l'une des dentures circulaires 64 ou 65 ménagées en saillie respectivement en saillie de la face torique du plateau moteur 8 et de la face torique du plateau récepteur 9. Chaque berceau comporte, comme le montre la figure 2, un alésage 66 dans lequel est montée coulissante une tige 26 avec tête transversale cylindrique 27. Cette tête et articulée dans un palier double 28 solidaire du cadre de liaison 29.Comme dans le brevet principal, par cette liaison constituant rotule, toute modification de l'inclinaison du berceau de commande 60a se transmet aux berceaux commandés 60b et 60c. Le berceau de commande 60a est solidaire, à l'extrémité de sa tige 22 traversant l'anneau de fixation 2, d'un palonnier 67 muni de moyens d'indexation. Ceux-ci assurent le calage angulaire du berceau commandé, et donc des autres berceaux, dans chacune de leur position où ils engrènent avec l'une des dentures du plateau moteur et avec l'une des dentures du plateau récepteur. Dans la forme d'exécution représentée figures 4 et 5, ces moyens d'indexation sont constitués par deux billes 68 disposées de part et d'autre de l'axe longitudinal y'-y du palonnier et dans des logements borgnes 69 de ce palonnier et par un plateau 70 solidaire du palier 73 dans lequel pivote la tige de commande 22. Ce plateau est solidaire d'un prolongement 70a qui assure sa fixation sur le palier 73 et son orientation avec calage angulaire par rapport à celui-ci. Comme le montre plus en détails la figure 5, ce plateau comporte deux séries de logements 71 faisant vis à vis aux billes 68 poussées par des ressorts 72. Les deux séries de logements 71 sont réparties en arc de cercle de part et d'autre du plateau. Les billes de chaque série sont séparées par un pas angulaire P constant, mais sont décalées angulairement d'un demi pas d'une série à l'autre. La figure 2 montre que, pour assurer l'étanchéité du dispositif sans empêcher les déplacements transversaux de l'anneau support flottant 17, le prolongement 70a du plateau 70 est entouré élastiquement par l'une des extrémités d'un soufflet 74 en matière déformable, telle qu'en caoutchouc ou élastomère. L'autre extrémité de ce soufflet est fixée par encliquetage à une douille rigide 75, solidaire de l'anneau de fixation 2. La figure 1 met en évidence que, comme dans le brevet principal, la course C du plateau moteur 8 peut être réglée par modification de la position d'une couronne 76 vissée sur l'extérieur du plateau de pression 42. Cette figure montre également que l'anneau support flottant 17 est associé à au moins un et en l'occurence trois ressorts 77 disposés autour de trois des six vis de liaison 6.Ces ressorts sont interposés entre l'anneau 17 et le carter support 5, pour le plaquer contre des butées fixes 78. En d'autres termes, et comme montré au bas de la figure 1, lorsque le dispositif est en position débrayée, l'anneau support flottant 17 est ramené par les ressorts 77 dans sa position médiane, entre les deux carters 4 et 5, pour permettre aux dentures des pignons 62 d'échapper des dentures 64 et 65 des deux plateaux 8 et 9, et cela quelle que soit l'inclinaison des ensembles de roulement 13. Le système d'embrayage est composé, comme dans le brevet principal, de deux séries de billes 44 disposées dans des rainures circulaires 47 ménagées dans le dos du plateau moteur 8 et coopérant avec des rampes 45 ménagées sur la face interne du plateau de pression 42. Pour passer de la position débrayée représentée au bas de la figure 1 à la position embrayée représentée en haut de cette même figure 1, il suffit de communiquer au plateau de pression 42, un mouvement angulaire par rapport au plateau 8 afin que les rampes du plateau 42 poussent les billes 44 et plaquent le plateau 8 contre le pignon 62 et, par déplacement de l'anneau flottant 17, plaque la denture de l'autre pignon 62 contre la denture 65 du plateau récepteur 9.A partir de cette position, tout déplacement angulaire du plateau de pression et en l'occurence de la manivelle liée à ce plateau entraine un déplacement de même sens du plateau récepteur 9, mais dans un rapport déterminé en fonction du rapport des diamètres primitifs des dentures des plateaux moteurs et récepteurs, donc en fonction de l'inclinaison des ensembles de roulement 13. Le plateau récepteur 9 est, dans cette forme d'exécution, rendue solidaire, par. des vis 80, d'une roue 82 comportant une couronne crantée 83 pour courroie crantée. Pour changer le rapport de transmission, donc la vitesse transmise au plateau récepteur 9 et à la roue 82, il faut d'abord débrayer en provoquant un mouvement angulaire relatif du plateau de pression 42 par rapport au plateau moteur 8, faire basculer les ensembles de roulement 13 de l'angle désiré et embrayer à nouveau. Le réglage de l'inclinaison est assuré par l'indexation fournie par l'une ou l'autre des billes 68 coopérant avec les logements 71 de l'une des deux séries de logements ménagés dans le plateau 70. I1 faut ici noter que les dentures 64 et 65, circulaires et coaxiales, se différencient sur chacun des plateaux par leurs diamètres primitifs et par leur nombre de dents, qui, de préférence, est un multiple de trois, mais ont des dents de mêmes dimensions et module que celles des pignons 62 des ensembles de roulement 13 avec lesquels elles engrènent. De préférence, les dents des pignons et des dentures ont des faces latérales chanfreinées, de façon à faciliter l'engrènement des dentures avec les pignons lors du basculement des ensembles 13. Enfin, comme montré figure 1, l'étanchéité du dispositif est asurée par trois joints à la vis souples 84, 85 et 86, tolérant des déformations. Un tel dispositif constitue une boite de vitesse comportant autant de rapports étagés que chacun des plateaux moteurs et récepteurs comportent de dentures circulaires, et en l'occurence onze dans la forme d'exécution représentée aux figures. De plus, comme dans le brevet principal, le mouvement recueilli sur le plateau récepteur 9 est de même sens que le mouvement entrainant le plateau moteur 8. Dans le cas de son application au cycle, un tel variateur formant boite de vitesse offre une gamme de rapports de vitesse suffisant et permet d'obtenir des couples réguliers et constants, sans glissement entre les deux plateaux 8 et 9. Son application n'est cependant pas limitée aux cycles, car grâce à son faible encombrement et à sa structure, permettant de le disposer entre deux bouts d'arbre coaxiaux tournant dans le même sens, il peut être utilisé dans toute installation nécessitant un rapport de transmission réglable. REUENDICATIONS 1. Variateur de vitesse à rapports étagés selon l'ensemble des revendications 1 et 5 du brevet principal, caractérisé en ce que chaque ensemble de roulement 13 ne comprend que deux pignons 62, d'axes parallèles, montés libres en rotation dans le berceau 60 correspondant, engrenant entre eux et constituant moyens de transmission du mouvement entre le plateau moteur 8 et le plateau récepteur 9, tandis que chacune des surfaces toriques, solidaires de ces deux plateaux 8 et 9, présente en saillie des dentures 64-65 circulaires et coaxiales, se différenciant par leur diamètre primitif et leur nombre de dents mais ayant des dents de même dimension et module que celles des pignons 62 avec lesquels elles engrènent, et que l'anneau support 17, portant les berceaux 13 et montés flottants dans le boitier, coopèrent avec au moins un ressort de rappel 77 le ramenant, lors du débrayage du plateau de pression 42, dans une position médiane entre les plateaux 8 et 9 et contre au moins une butée 78 du boitier. 2. Variateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le berceau de commande 60a est associé à des moyens de crantage assurant l'indexation de ces diverses positions angulaires correspondant à l'engrènement de ses pignons 62 avec les dentures 64 et 65 des surfaces toriques. 3. Variateur selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le palonnier 67 du berceau de commande 60a comporte, de part et d'autre de son axe de rotation, deux logements 69 pour des ensembles de crantage composés chacun d'une bille 68 et d'un ressort 72, tandis que le palier 73 dans lequel pivote la tige du berceau de commande est solidaire d'un plateau 70 comportant, de part et d'autre de l'axe de cette tige, deux séries de crans hémisphériques 71, aptes à coopérer avec l'une des billes 68 du palonnier, les crans des deux séries étant répartis avec un même pas angulaire mais avec décalage d'un demi pas angulaire d'une série à l'autre. 4. Variateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les dents des pignons 62 et les dents des dentures circulaires 64 et 65 comportent des chanfreins latéraux.