Brevet FR2685419A1 — publié le 19930625

La présente invention a trait à un procédé de transmission de puissance par câble résistant ainsi qu'à des dispositifs le mettant en oeuvre. Afin d'entraîner un arbre en rotation, toute une classe de systèmes mécaniques a recours à un lien flexible sans fin. Les plus typiques d'entre eux sont sans doute les courroies qui sont enroulées autour à la fois de l'arbre à entraîner et d'un arbre moteur. Et ctest par leur adhérence, qui peut être augmentée le cas échéant par des dessins ou des crans sur la surface de la courroie en contact avec les arbres qu'elles assurent leur fonction de transmission de puissance. Toutefois la puissance transmise demeure limitée. Elle est en effet directement proportionnelle à la tension dans la courroie et les matériaux utilisés d'ordinaire pour la constituer (cuir, textile, caoutchouc) présentent une résistance à la traction relativement faible. C'est ainsi que l'invention vise un procédé de transmission de puissance par lien flexible sans fin permettant de transmettre des puissances plus importantes que celles mises en jeu jusqu'ici. Cela est atteint par un procédé consistant a) à utiliser comme lien flexible un câble de forte résistance à la traction, b) à l'enrouler autour de l'arbre à entraîner selon un angle d'enroulement supérieur à 2000. En pratique, il est mis en oeuvre par un système mécanique dans lequel le câble est enroulé en alternance sur un tambour ou une série de poulies solidaires de l'arbre à entraîner et sur une série de poulies folles disposées sur un axe sensiblement parallèle à celui de l'arbre à entraîner. Ce système peut alors être intégré à divers dispositifs pour réaliser notamment un réducteur de vitesse, un différentiel ou des changements de vitesse. Une autre façon d'augmenter la puissance transmise consiste a) à utiliser comme lien flexible toujours un câble de forte résistance à la traction, b) mais à mettre cette fois en tension le câble avant qu'il ne s'enroule sur l'arbre à entraîner. Les deux procédés peuvent également être mis en oeuvre en même temps. I1 suffit pour cela de disposer un organe de tension du câble le long de ce dernier à l'entrée de son enroulement sur l'arbre à entraîner. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, des formes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins: - la figure 1 montre en perspective un arbre qui est entraîné selon le présent procédé de transmission de puissance, - la figure 2 montre en perspective un premier dispositif mettant en oeuvre le présent procédé en vue de réaliser un réducteur de vitesse, - la figure 3 est une coupe axiale partielle au travers d'un deuxième dispositif mettant en oeuvre le présent procédé en vue de réaliser cette fois un différentiel, - la figure 4 est une coupe transversale partielle au travers du dispositif de la figure3,et - la figure 5 est une vue de dessus d'un troisième dispositif mettant en oeuvre le présent procédé en vue de réaliser enfin un changement de vitesse. Si a est l'angle d'enroulement d'un lien flexible autour d'un arbre, il est possible de montrer que la tension T dans le lien à la sortie de l'enroulement est donnée par: T=texp (ka) où k est un coefficient dit d'adhérence qui caractérise le type de contact entre le lien et l'arbre, et t est la tension dans le lien à l'entrée de l'enroulement. En d'autres termes, la tension croît beaucoup plus vite que l'angle. Aussi, afin de limiter la première à des valeurs en rapport avec la résistance à la traction des matériaux utilisés jusqu'ici pour former le lien, ne dépassait-on jamais 2000 pour le second. Or, à l'heure actuelle, il existe des matériaux dans lesquels on peut réaliser des câbles notamment, dont la résistance à la traction est de tordre de 1.000 N/mm2. C'est le cas entre autres du Kevlar (marque déposée). Ces câbles peuvent dès lors être utilisés pour transmettre des puissances beaucoup plus importantes que par le passé. A titre d'exemple, avec un brin de ce genre de matériaux de 3,6 mm de diamètre, on peut transmettre 750 kW enl'enroulant sur une poulie de 60 cm de diamètre tournant à 4.800 tours / minute. Le brin est alors soumis à une tension de 1 tonne. Dans ce but, encore faut-il réaliser un enroulement selon un angle suffisant. La présente invention y parvient grâce à un système mécanique illustré schématiquement par la figure 1. Seul l'axe de l'arbre 20 auquel la puissance doit être transmise par le câble 1 y est représenté. H se confond avec celui d'un tambour 2 solidaire de l'arbre 20. La surface latérale cylindrique du tambour 2 est creusée d'une série de gorges 3 circulaires parallèles les unes aux autres. Le câble 1 prend dès lors place au sein d'une gorge, puis sur une poulie 4 pour être renvoyé sur le tambour 2 au sein de la gorge immédiatement voisine. Cela permet de dépasser la limite pratique de 200 pour l'angle d'enroulement. La figure 2 montre un premier dispositif mettant en oeuvre le procédé de transmission qui vient d'être exposé. A gauche de la vue en perspective correspondante, on retrouve le système mécanique de la figure 1. C'est ici le système "récepteur" de puissance comportant l'arbre 20 à entraîner. A droite de la vue se trouve un système de structure comparable au précédent. C'est en l'occurrence le système "émetteur" de puissance incluant un arbre 20m moteur. Pour chacun des systèmes, le câble 1 ou 1m est fermé sur lui-même. Afin de bien montrer que le nombre de fois que le câble s'enroule autour du tambour n'est pas fixé dans le cadre de l'invention, le système émetteur est représenté cette fois avec quatre enroulements tour à tour sur le tambour 2m et sur les poulies 4m folles. Par rapport aux trois tours du système récepteur, cela signifie seulement qu'à tensions d'entrée égales (t = tm), la tension de sortie Tm du système émetteur est plus élevée que la tension de sortie T du système récepteur. Bien que les variantes correspondantes ne soient pas pour leur part représentées, il est aussi possible d'imaginer dans le cadre de la présente invention que le câble 1 s'enroule par ailleurs sur d'autres poulies folles. Ces dernières pourraient par exemple être disposées sur un axe parallèle à celui des poulies 4 ou 4m, mais diamétralement opposé. Egalement les différents enroulements du câble 1 ou lm ne doivent pas nécessairement donner des croisements entre le tambour et les poulies folles. Cela est cependant préférable pour augmenter l'angle d'enroulement. Le dispositif de la figure 2 sert à la vérité de réducteur de vitesse. Cette fonction est obtenue grâce à un ensemble 10 de poulies. Ces dernières sont disposées par exemple selon deux alignements parallèles aux axes des arbres 20 à entraîner et 20m moteur. Sur le dessin, elles se trouvent en outre dans le plan des câbles 1 et Im en sortie des tambours 2 et 2m associés. Aussi trouve-t-on, tant dans le système récepteur que dans le système émetteur, des poulies 5 (resp. Sm) et 6 (resp. 6m) de renvoi pour amener les câbles 1 (resp. lm) en entrée des tambours 2 (resp. 2m) dans le plan de l'ensemble 10 des poulies. Dans cet ensemble 10, chaque poulie comporte deux étages, le câble pouvant s'enrouler soit sur un grand diamètre D, soit sur un petit diamètre d. Le rapport entre ces diamètres D/d est dit de réduction. I1 conditionne le rapport de réduction des vitesses de l'arbre moteur Om et de l'arbre entraîné Les figures 3 et 4 illustrent un deuxième dispositif mettant en oeuvre le présent procédé. Celui-ci est conçu pour servir de différentiel. A ce titre, il pourrait prendre place entre les deux roues motrices d'une voiture. Alors, l'une de ces roues serait entraînée par l'arbre 20 tandis que l'autre le serait par l'arbre 20', chacun de ces arbres faisant partie d'un système mécanique comparable à celui de la figure 1. Plus précisément, le différentiel comporte en effet deux petits tambours 2 et 2'. Comme cela est visible sur la coupe axiale partielle de la figure 3, leur surface latérale est creusée de gorges parallèles. Un câble 1 fermé prend place dans la gorge d'un tambour, puis de l'autre en étant dévié dans sa direction à l'entrée et à la sortie des tambours au moyen de poulies 5, 5', 6 et 6' de renvoi. Au niveau de chacun des tambours toutefois, le câble 1 s'enroule alternativement également autour d'une série de poulies 4 folles. Conformément à l'invention, elles sont disposées le long d'un axe parallèle à celui du tambour correspondant et évitent ainsi le déplacement longitudinal de ce dernier. Elles ne sont visibles que sur la coupe transversale partielle de la figure 4. Afin de bien tendre le câble 1 entre les tambours 2 et 2', le différentiel comporte en outre par exemple deux tendeurs 10 et 10: Ils peuvent se composer de petites poulies 15 maintenues en appui contre le câble 1 par des ressorts 13. Le différentiel comporte enfin un grand tambour 30 creux, de même axe que les petits tambours 2, mais suffisamment grand pour les contenir tous deux. L'arbre des poulies 4 folles comme les chapes des poulies 5, 5', 6 et 6' de renvoi sont solidaires de ce grand tambour 30. Quand ce dernier est fixe (vitesse de rotation W nulle), il s'ensuit que les arbres 20 et 20' sont animés de vitesses contraires La figure 5 montre finalement un troisième dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention. Il fait en l'occurrence fonction de boîte de vitesses. Pour cela, il comporte d'un côté, un arbre 20m moteur solidaire d'un tambour 2m et d'un autre, un arbre 20 à entraîner solidaire de deux tambours 2 et 2' de diamètres distincts. Sur le même arbre 20 à entraîner se trouve également un tambour 7 dont le diamètre varie progressivement depuis le diamètre du tambour 2 à celui du tambour 2'. Ce tambour 7 n'est toutefois pas solidaire de l'arbre 20 à entraîner et peut donc tourner librement autour de ce dernier. Entre les deux arbres, qui sont disposés parallèlement l'un à l'autre, prend place un ensemble mobile 10. Comme le montre la figure 5, celui-ci peut présenter essentiellement la forme d'une fourchette à trois dents. Sur les dents extérieures 14 sont montées les poulies folles 4 et 4m qui complètent conformément à l'invention les enroulements du câble 1 réalisés sur chacun des tambours 2 et 2m en vis-à-vis. La dent centrale 12 comporte quant à elle un accumulateur composé par exemple d'une petite poulie 15 ainsi que d'un ressort 13 repoussant cette dernière contre le câble 1. Ce dernier se referme sur lui-même en passant directement d'un tambour à l'autre. Tant que le dispositif de changement de vitesse ainsi réalisé demeure dans la configuration de la figure 5, l'arbre 20m moteur entraîne l'arbre 20 à une certaine vitesse. Celleci est notamment fonction du diamètre du tambour 2 sur lequel le câble 1 s'enroule. Cet aspect géométrique conditionne en effet, en relation avec le diamètre de l'arbre 20m moteur, l'angle d'enroulement du câble 1 en particulier sur le tambour 2 et donc par l'intermédiaire de Ia tension, la puissance transmise. Afin de la modifier et par voie de conséquence de changer Ia vitesse de l'arbre 20, il suffit de translater l'ensemble mobile 10 de sorte qu'il vienne en regard de l'autre tambour 2' solidiaire de l'arbre 20 à entraîner. En même temps, il convient de faire jouer l'accumulateur de façon que le câble 1 puisse passer sur le tambour 7 intermédiaire. Cela correspond en l'occurrence à un relâchement du câble 1 pour qu'il soit à même de s'enrouler sur un diamètre plus important. Bien d'autres dispositifs peuvent encore être imaginés qui appliquent le présent procédé de transmission de puissance au moyen d'un câble résistant enroulé selon un angle important et en tout cas supérieur à 200 . L'homme de l'art ne manquera toutefois pas d'avoir recours, au moins dans un des aspects des dispositifs nouveaux qutil imaginera, à un système mécanique de structure comparable à celui de la figure I pour le mettre en oeuvre. Cette remarque explique le développement des revendications qui suivent et notamment leur interdépendance selon qu'il s'agit de revendication de procédé ou de dispositif. La puissance transmise par exemple grâce au système mécanique représenté sur la figure 1 est en fait proportionnelle à la différence de tension à la sortie et à l'entrée de l'enroulement, soit T-t. Comme T est elle-même proportionnelle à t, il s'ensuit qu'une autre façon pour augmenter la puissance transmise consiste à accroître t. En d'autres termes, il convient de précontraindre le câble. Cela se réalise facilement grâce à un organe de tension disposé le long du câble avant qu'il ne s'enroule sur l'arbre à entraîner. Cet organe est par exemple comparable aux ensembles mobiles 10 ou 10' des figures 3 et 5. Revendications 1.- Procédé de transmission de puissance par lien flexible sans fin consistant pour entraîner un arbre (20) a) à utiliser comme lien flexible un câble (1) de résistance à la traction de l'ordre de 1.000 N/mm2, b) à l'enrouler autour de l'arbre (20) à entraîner selon un angle (a) d'enroulement supérieur à 2000. 2.- Système mécanique pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication I dans lequel le câble (1) est enroulé en alternance sur un tambour (2) solidaire de l'arbre (20) à entraîner et sur une série de poulies (4) folles disposées sur un axe parallèle à celui de l'arbre (20) à entraîner. 3.- Système mécanique selon la revendication 2 dans lequel le câble (1) est en Kevlar (marque déposée). 4.- Système mécanique selon la revendication 2 ou la revendication 3 dans lequel le câble (1) est enroulé de telle sorte que des croisements du câble (1) interviennent entre le tambour (2) et la série de poulies (4). 5.- Système mécanique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 dans lequel une série de gorges (3) circulaires parallèles est creusée à la surface latérale cylindrique du tambour (2) au sein de laquelle prend place le câble (1), les poulies (4) servant à la renvoyer d'une gorge (3) à l'autre. 6.- Dispositif comprenant un système mécanique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, tel qu'il comprend en outre un autre système mécanique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 dont l'arbre (20m) est parallèle à l'arbre (20) du premier système mécanique ainsi que deux séries de poulies (10) à deux étages (11, 12), les poulies de chaque série étant alignées parallèlement aux arbres (20, 20m), les câbles (1) des systèmes mécaniques étant refermés sur eux-mêmes et déviés à l'aide de poulies (5, Sm, 6, 6m, 7, 8) de renvoi de façon à passer en alternance d'une poulie d'une série à la poulie de l'autre série la plus proche, le câble (1) d'un système passant sur un étage (11) des poulies (10) et le câble (lm) de l'autre système sur l'autre étage (12) des poulies (10) de sorte qu'un réducteur de vitesse est réalisé. 7.- Dispositif comprenant un système mécanique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, tel qu'il comprend en outre un autre système mécanique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 dont l'arbre (20') est dans le prolongement de l'arbre (20) du premier système mécanique, un unique câble (1) fermé passant d'un système à l'autre par l'intermédiaire de poulies (5, 5', 6, 6') de renvoi, des tendeurs (10, 10') étant prévus pour tendre le câble (1) qui sont, comme les poulies (5, 5', 6, 6') de renvoi et les poulies (4) folles des systèmes mécaniques, solidaires d'un grand tambour (30) creux de même axe que celui des arbres (20, 20') des systèmes et au sein duquel ces derniers sont disposés de sorte qu'un différentiel est créé. 8.- Dispositif comprenant un système mécanique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, tel qu'il comprend en outre un autre système mécanique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 dont l'arbre (20) est parallèle à l'arbre (20m) du premier système mécanique et qui comporte trois tambours (2, 7, 2') disposés l'un derrière l'autre, les deux tambours (2, 2t) extrêmes étant de diamètres distincts et solidaires de l'arbre (20) tandis que le tambour (7) central passe du diamètre d'un tambour (2) à celui de l'autre (2') et est libre de tourner sur l'arbre (20), les poulies (4) folles des deux systèmes étant solidaires d'un ensemble (10) mobile comportant aussi un accumulateur (12, 13) pour tendre ou relâcher le câble (1) qui est refermé sur lui-même et passe directement d'un système à l'autre grâce à des poulies (5, 5') de renvoi portées par l'ensemble (10) mobile de sorte qu'un dispositif de changement de vitesse est réalisé. 9.- Procédé de transmission de puissance par lien flexible sans fin consistant pour entraîner un arbre (20) a) à utiliser comme lien flexible un câble (1) de résistance à la traction de l'ordre de 1.000 N/mm2, b) à mettre en tension le câble (1) avant qu'il ne s'enroule sur l'arbre (20) à entraîner. 10.- Procédé selon la revendication 9 consistant en outre à enrouler le câble (1) autour de l'arbre (20) à entraîner selon un angle (a) d'enroulement supérieur à 2000,